Experimentelle & modellbasierte Forschung

Post-transkriptionale Regulation der Proteinsynthese in der Zelldifferenzierung

Projektleiter

Prof. Dr. rer. nat. Antje Ostareck-Lederer
Tel.: 0241 80-36567
aostareck@ukaachen.de

Prof. Dr. rer. nat. Dirk Ostareck
Tel.: 0241 80-36568
dostareck@ukaachen.de

I. Identifizierung des RNA-Protein-Netzwerkes in Makrophagen
Die Interaktion von Zellwand-Lipopolysacchariden (LPS) Gram-negativer Bakterien mit dem TLR-4 Rezeptor von Makrophagen führt über verschiedene Signalwege zur Aktivierung von Kinasen (MAPK) und Transkriptionsfaktoren (NFkappaB), die die Transkription pro- and anti-inflammatorischer Zytokin-Gene aktivieren. Obwohl diese Mediatoren wichtig für die zelluläre Infektionsantwort sind, führt die exzessive Produktion pro-inflammatorischer Cytokine zur systemischen Inflammation und Sepsis. Nach Herz-Kreislauferkrankungen und Krebs, ist Sepsis weltweit die dritthäufigste Todesursache. RNA-bindende Proteine (RBPs) sind an der post-transkriptionalen Regulation der LPS-vermittelten Makrophagen-Aktivierung beteiligt. Wir charakterisierten in unbehandelten und LPS-aktivierten RAW 264.7 Makrophagen differentielle mRNA-RNP (mRNP) Interaktionen, die potentiell die Proteinsynthese regulieren.

II. Charakterisierung von miRNAs als Modulatoren des TLR4-abhängigen MAPK-Signalwegs in der Sepsis
Toll like receceptor (TLR) aktivierte Signalwege regulieren die zelluläre Immunantwort. Die Induktion des TLR4 durch LPS führt zur Aktivierung von Kinasen wie JNK und p38 durch mitogen activated kinase (MAPK) Signalkaskaden, die eine verstärkten Expression pro- und anti-inflammatorischer Zytokine bewirken. Durch deep sequencing haben wir miRNAs identifiziert, die eine LPS-TLR4 induzierte MAPK abhängige Zytokin-Expression in Makrophagen modulieren. Wir untersuchen die Funktion dieser miRNAs, die die Stabilität und Translation von MAPK kodierenden mRNAs regulieren in vitro und in vivo. Wir analysieren das Potential spezifischer miRNAs als Marker der Sepsis-Progression. Weiterhin interessiert uns die funktionale Charakterisierung der molekularen Zusammensetzung extrazellulärer Vesikel.

III. Translationale Kontrolle der Genexpression in erythroiden Zellen
Mechanismen der Translationsregulation regeln Zellwachstum und -Stoffwechsel, Stressantworten und Apoptose. In terminal differenzierenden erythroiden Zellen initiiert die Retikulozyten-15-Lipoxygenase nach dem Ausschluss des Zellkerns die Degradation der Mitochondrien. Sie unterliegt einer bemerkenswerten komplexen translationalen Kontrolle durch einen an die r15-LOX mRNA 3’UTR bindender Proteinkomplex. Wir untersuchen die Komponenten und die molekulare Regulation ihrer Wechselwirkungen, an der verschiedene zelluläre Signalwege beteiligt sind. Wir konnten bereits nachweisen, dass die komplexen Interaktionen der identifizierten regulatorischen Proteine sowohl durch die Phosphorylierung spezifischer Serine und Tyrosine, als auch die Methylierung von Argininen moduliert werden.

Post-transkriptionale Regulationsmechanismen unter pathologischen Bedingungen

Projektleiter

Dr. rer. nat. Isabel S. Naarmann-de Vries
Tel.: 0241 80-36802
inaarmannukaachende

I. Charakterisierung von mRNA-Protein-Komplexen als Modulatoren der zellulären Hypoxieantwort
Sauerstoffmangel in Zellen und Geweben wird als Hypoxie bezeichnet. Hierdurch werden stark energie-verbrauchende Prozesse wie die Translation der meisten mRNAs inhibiert. Bestimmte mRNAs werden jedoch besonders unter hypoxischen Bedingungen translatiert. Wir analysieren post-transkriptionelle Regulationsmechanismen, die zur Generierung einer adäquaten Hypoxieantwort beitragen. Hierzu werden RNA-Motive identifiziert, die abhängig vom Sauerstoffgehalt unterschiedlich mit Proteinen besetzt sind. Anschließend erfolgt die funktionelle Charakterisierung der differentiellen RNA-Protein-Interaktionen.

II. AML mit 9q-Deletion – Analyse der Funktion von hnRNP K (in Kooperation mit Dr. med Martina Crysandt, Medizinische Klinik IV)
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist die häufigste akute Leukämieform bei Erwachsenen. Sie entsteht durch die maligne Transformation einer hämatopoetischen Vorläuferzelle. Die genetischen Veränderungen, die zur Entwicklung einer AML führen, sind sehr heterogen. In einer Subgruppe der Patienten ist ein Teil des langen Arms von Chromsom 9 deletiert. Die minimal deletierte Region umfasst neben hnRNP K sechs weitere Gene. Ziel unserer Untersuchungen ist es, den Einfluss von hnRNP K auf die Pathogenese der AML zu analysieren. Hierzu werden zunächst mRNAs identifiziert, die in myeloiden Zellen mit hnRNP K interagieren. Anschließend untersuchen wir, wie die durch die Deletion von hnRNP K gestörten Regulationsmechanismen zur Entstehung der AML beitragen.

III. Analyse des Zusammenspiels pathogen-induzierter inflammatorischer Prozesse und der Hypoxie-Antwort in zellulären Modellen des Multiorganversagens (MODS)
In der Sepsis kommt es zu Störungen der Makro- und Mikrozirkulation und in der Folge zu hypoxischen Zuständen in Zellen und Geweben. Bei einer gram-negativen Sepsis lösen Lipopolysaccharide (LPS) eine starke Immunantwort aus. Für unsere Analysen verwenden wir verschiedene Zelllinien, die Organsysteme reflektieren, welche im Rahmen eines MODS betroffen sein können. Hier untersuchen wir die LPS-induzierte Immunantwort unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen.

Systemische Inflammation und Sepsis

Projektleiter
PD Dr. med. Tobias Schürholz

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dem Verlauf eines septischen Schocks sowie mit den dabei ablaufenden hämodynamischen und inflammatorischen Prozessen. Durch die Implementierung eines geeigneten Sepsis-Modells, mit der Möglichkeit kabellos unter anderem Blutdruck und Herzfrequenz zu überwachen, können auch Therapeutika mit kurzer Halbwertzeit appliziert und in ihrer Wirkung auf verschiedene Organe untersucht werden. Unser Spektrum umfasst neben Untersuchungen des Serums, die Proteinsynthese und Genexpression in Inflammation und Apoptose. Daneben werden immmunhistochemisch bearbeitete Organpräparate untersucht.

Lungenversagen und Beatmungsentwöhnung

Projektleiter
Priv.-Doz. Dr. med. Johannes Bickenbach

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich wissenschaftlich mit dem Krankheitsbild des ARDS. Im Fokus stehen hier die Auswirkungen maschineller Beatmung auf die Lunge und andere Organe sowie der Beatmungsentwöhnung (Weaning).

Ein weiterer Schwerpunkt besteht in der Untersuchung und Erprobung von extrakorporalen Lungenunterstützungsverfahren (interventional lung assist, iLA).

Extrakorporaler Lungenersatz

Projektleiter
Priv.-Doz. Dr. med. Rüdger Kopp

Die Arbeitsgruppe Extrakorporaler Lungenersatz beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Evaluation von technischen Systemen (ECMO, ECCO2R oder ECLA), die über einen extrakorporalen Oxygenator einen Gasaustausch ermöglichen, um die Lunge des Patienten entsprechend zu entlasten. Dabei bestehen enge Kooperationen mit mehreren Lehrstühlen der RWTH Aachen aus dem Bereich Medizintechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik.

I. Entwicklung einer kooperierenden Regelung von extrakorporaler Lungenunterstützung und Beatmung
Ziel des Projektes ist der Entwurf, die Entwicklung und Evaluation einer kombinierten Regelung von ECLA und Beatmung, um den Gasaustausch zu gewähren und eine Lungenprotektion zu ermöglichen.

II. Verbesserung der Patient-Medizinprodukt-Konnektierung bei Extrakorporalem Lungenersatz
Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes „Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge“ sollen neue Ansätze im Kanülendesign verfolgt werden, die einen Langzeitanschluss von extrakorporalem Lungenersatz ermöglichen.

III. Hardware-in-the-Loop Simulationsumgebung für künstliche Lungen
Durch die Entwicklung eines In-vitro Versuchsstands unter Nutzung eines Hardware-in-the-Loop Konzeptes soll eine dynamische Testung von Lungenunterstützung ermöglicht werden, die zu einer Reduktion von Tierversuchen beitragen kann.

IV. Einfluss von extrakorporaler Blutzirkulation auf die Hämokompatibilität
Es wird der Einfluss von verschiedenen Perfusionskonzepten und Flussprofilen auf die Hämokompatibilität von extrakorporaler Blutzirkulation untersucht. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Inflammation, der Gerinnungsaktivierung und der Organfunktion.

Ventilator induzierte diaphragmale Dysfunktion

Projektleiter

Priv.-Doz. Dr. med. Christian Brülls

Dr. med. univ. Dr. med. Thomas Breuer, MHBA

Die Arbeitsgruppe von Priv.-Doz. Dr. Brülls und Dr. Breuer untersucht die Auswirkungen von Beatmung auf das Zwerchfell, die Pathomechanismen und die Effektivität von Beatmungsentwöhnung (Weaning) auf das Diaphragma. Es bestehen Kooperationen zu VIDD-Arbeitsgruppen in den USA, Belgien und den Niederlanden.

Experimentelle Sepsis

Projektleiter
Dr. med. Tim-Philipp Simon

Untersuchung der Mechanismen der septischen Organdysfunktionen inklusive deren Volumentherapie und die dadurch induzierten Organschädigungen.

Entwicklung von Konzepten zur intensivmedizinischen Therapie der Sepsis und des Capillary Leckage am Modell.