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Protein-Glykosylierung;
Sekretion;
Phytohormone;
Signaltransduktion

(1) Biosynthese, Struktur und Funktion von Glykoproteinen

Glykoproteine sind Eiweiße mit kovalent gebundenen Kohlenhydratresten. Die Glykosylierung von Proteinen ist eine bei Eukaryonten ubiquitär vorkommende und von der Hefe bis zum Menschen hochkonservierte kovalente Modifikation. Sie spielt bei einer Reihe wichtiger biologischer Phänomene, wie z.B. der Faltung, Sekretion und Sortierung von Proteinen, bei Zell-Zellerkennungsprozessen, bei Differenzierungsvorgängen bis hin zum malignen Wachstum, eine entscheidende Rolle. An dem biochemisch und molekularbiologisch gut zugänglichen Modellorganismus der Bäckerhefe, Saccharomyces cerevisiae, soll versucht werden, mit biochemischen und molekularbiologischen Methoden Einsichten zur Biosynthese, Struktur und Funktion von Glykoproteinen zu erhalten, die beispielhaft auf Höhere Eukaryonten übertragbar sind.

(2) Sortierung und Sekretion von Proteinen

Sezernierte Proteine werden an den Ribosomen des rauhen Endoplasmatischen Retikulum synthetisiert, über dessen Membran transloziert und in den meisten Fällen dabei glykosyliert. Von dort gelangen sie auf dem sog. sekretorischen Biosyntheseweg in das entsprechende zelluläre Zielkompartiment (ER, Golgi, Vakuole, Plasmamembran) oder sie werden nach außen in die extrazelluläre Matrix bzw. in das umgebende Medium abgegeben. Dabei werden sie zur maturen Form prozessiert (Reifung der Proteinkomponente, sowie Modifizierung des Kohlenhydratrestes). In diesem Projekt untersuchen wir in der Bäckerhefe Mechanismen der Proteinsortierung. Wir versuchen die am anterograden/ retrograden Sekretionsweg beteiligten Proteinkomponenten und deren Gene zu isolieren und zu charakterisieren. Die Untersuchungen sollen auch dazu beitragen, Hefe als einen Organismus für ein effizientes heterologes Expressions-/Sekretionssytem für rekombinante humane Glykoproteine zu etablieren.

(3) Von der Hefe zum Menschen: Das CDG (carbohydrate deficient glycoprotein) Syndrom

Beim CDG Syndrom, welches erstmals 1984 beschrieben wurde, handelt es sich um eine Familie rezessiv vererbbarer menschlicher Erkrankungen, die auf einer abnormalen N-Glykosylierung von Proteinen beruhen. Das klinische Erscheinungsbild ist multisystemisch und äußert sich in schweren mentalen und psychomotorischen Defekten. Wir versuchen über unser "know how" der N-Glykosylierung in Hefe Zugang zur Analyse der zugrundeliegenden biochemischen und molekularen Defekte dieser Krankheit beim Menschen, bzw. in entsprechenden Mausmodellen zu erhalten.

(4) Hormon- und Wund-induzierte Genexpression und Signaltransduktion in Pflanzen

Die Wirkungsweise pflanzlicher Hormone ist bislang in keinem einzigen Fall kausal aufgeklärt. Das für tierische Organismen gültige Konzept hormoneller Signalübertragung (Hormonrezeptor --> Signalverstärkung: "second Messenger"/ Proteinkinasen --> zellulärer Respons) ist auf Pflanzen nur teilweise übertragbar und noch sehr lückenhaft. In diesem Projekt wird mit biochemischen, molekulargenetischen und immunologischen Methoden nach Proteinen, ihren korrespondierenden Genen und deren spezifische Funktion gesucht, die u.a. beim Auxin-induzierten Längenwachstum, der Auxin-induzierten Zellteilung sowie bei Verwundung ursächlich beteiligt sind. Die Untersuchungen beschäftigen sich auch mit der Charakterisierung der zugrundeliegenden Signaltransduktionskette. Untersuchungsobjekte sind Mais, Tabak und Arabidopsis.

Methodische Schwerpunkte:

Spektrum biochemischer, molekulargentischer, zellbiologischer und immunologischer Methoden; Membranbiochemie, Biochemie und Analytik von Kohlenhydraten, Proteinreinigung, Enzymologie; Pflanzenzellkulturen, transgene Pflanzen.