Konfokales Laserscanning-Mikroskop mit inversem Mikroskopstativ
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den Forschungsprojekten zu Sensoreigenschaften epithelialer Zellen konnte einem bisher nur aufgrund seiner Ultrastruktur charakterisierten Zelltyp im Trachealepithel eine Funktion zugeordnet werden: Die sogenannte „Bürstenzelle“ kann die chemische Zusammensetzung der Oberflächenflüssigkeit in den Atemwegen wahrnehmen, insbesondere das Vorhandensein von Bittersubstanzen, wie sie u. a. auch von Bakterien freigesetzt werden (quorum sensing molecules). Sie können somit das Vorhandensein potenziell schädlicher Substanzen auf der Schleimhautoberfläche wahrnehmen und geben dann diese Information durch Freisetzung von Azetylcholin an sensorische Nervenfasern weiter, die dann die Atmung dämpfen und damit ein weiteres Eindringen in die tieferen Bereiche des Respirationstrakts erschweren. Diese an der Trachea gewonnene Erkenntnis führte zu der Hypothese, dass solche chemosensorischen Bürstenzellen auch an anderen Eintrittspforten des Körpers als Wächter platziert sind, auch wenn sie dort zuvor noch nicht beschrieben wurden. Entsprechend wurde gezielt in der Tuba auditiva (Verbindung zwischen Rachen und Mittelohr) nach diesem Zelltyp gefahndet und auch dort dieser neue Zelltyp identifiziert. Im Urogenitaltrakt wurde bisher aufgrund von Untersuchungen der Prostata, der Harnblase und anderer innerer Organe angenommen, dass dieser Zelltyp nicht vorhanden sei. Im Licht des neuentwickelten Wächterkonzepts wurde gezielt in der Urethra dann doch eine solche Zelle nachgewiesen und auch funktionell als chemosensorisch (Wahrnehmung von bitter und freien Aminosäuren = „umami“) charakterisiert. Diese Ergebnisse wurden mit verschiedenen internationalen und nationalen Auszeichnungen (Association for Chemoreception Sciences, European Association of Urologists, Anatomische Gesellschaft, Forum Urodynamicum) gewürdigt. Im Forschungsprojekt Caveoline als strukturelle Organisatoren G-Proteine gekoppelter Rezeptoren konnte durch FRET (Fluoreszenzresonanz Energie Transfer) –Messungen im Gewebe und unterstützende biochemische und funktionelle Untersuchungen gezeigt werden, dass die für die Bronchokonstriktion wichtigen muskarinischen Azetylcholinrezeptoren, insbesondere des M2-Typs, an der Zelloberfläche direkt mit dem Strukturprotein Caveolin-3 assoziiert sind. Dies eröffnet potenziell neue Interventionsmöglichkeiten, um an der cholinergen Signalübertragung an der glatten Muskulatur hemmend wirken zu können, was beispielsweise bei häufigen Lungenerkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) und Asthma bronchiale erwünscht ist, ohne gleichzeitig die erwünschten Funktionen in der Kommunikation innerhalb des Nervensystems wesentlich zu beeinflussen. Bei den Untersuchungen zu Interaktionspartnern des pro-inflammatorischen Cytokins MIF konnte überraschenderweise ein ribosomales Protein (RPS19) als endogener MIF-Inhibitor identifiziert werden. Mit Hilfe von Doppelimmunfluoreszenz konnte eine Co-Lokalisation von MIF und RPS19 in der Zelle gezeigt werden und somit die biochemischen Versuche in Zellextrakten bestätigt werden. Die MIF-RPS19 Interaktion reguliert die Verfügbarkeit von MIF als Ligand für die Bindung an seine Rezeptoren CXCR4 und CD74, ein Prozess der vermutlich Dauer und Stärke entzündlicher Antworten dämpfend steuert. In einer anderen Studie wurde für den bereits bekannten MIF-Interaktionspartner COP9 Signalosom eine regulatorische Rolle beim Ubiquitinierungs“hub“ p97/VCP gefunden werden. Die Wechselwirkung von p)7/VCP mit Untereinheiten des COP9 Signalosom konnten mit FRET-Analyse (s.o.) verifiziert in der Zelle werden Uropathogene Bakterien spielen eine wichtige Rolle bei Genitalwegsentzündungen des Mannes. UPEC können dabei im Urogenitaltrakt länger persistieren, da bakterielle Virulenzfaktoren eine gegen UPEC gerichtete Immunantwort unterdrücken können. Konfokale Immunfluoreszenzexperimente konnten hierbei zeigen, dass der Virulenzfaktor Hemolysin die Translokation des pro-inflammatorischen Transkriptionsfaktors NFκB vom Cytoplasma in den Zellkern und damit die Expression anti-bakterieller Gene unterdrückt, obwohl vorgeschaltete Signaltransduktionswege aktiviert sind, die genau dazu führen müssten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Uropathogenic Escherichia coli block MyD88 dependent and activate MyD88 independent signalling pathways in rat testicular cells. J Immunol 180:5537-5547; 2008
Bhushan S, Tchatalbachev T, Klug J, Fijak M, Pineau C, Chakraborty T, and Meinhardt A
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Ribosomal Protein S19 Interacts with Macrophage Migration Inhibitory Factor and Attenuates its Pro-Inflammatory Function. J Biol Chem, 284:7977-7985; 2009
Filip AM, Klug J, Cayli S, Froehlich S, Henke T, Lacher P, Eickhoff R, Bulau P, Linder M, Carlsson-Skwirut C, Leng L, Bucala R, Kraemer S, Bernhagen J and Meinhardt A
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The COP9 signalosome interacts ATP-dependently with p97/VCP and controls the ubiquitination status of proteins bound to p97/VCP. J Biol Chem 11;284:34944-34953, 2009
Cayli S, Klug J, Chapiro J, Froehlich S, Krasteva G, Orel L, and Meinhardt A
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Muscarinic receptor-mediated bronchoconstriction is coupled to caveolae in murine peripheral airways. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 298:L626 - L636, 2010
Schlenz H, Kummer W, Jositsch G, Wess J, Krasteva G
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The antimicrobial peptide cathelicidin enhances activation of lung epithelial cells by LPS. FASEB J 24(12):4756-4766, 2010
Shaykhiev R, Sierigk J, Herr C, Krasteva G, Kummer W, Bals R
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TIAR and TIA-1 mRNA-binding proteins co-aggregate under conditions of rapid oxygen decline and extreme hypoxia and suppress the HIF-1α pathway. J Mol Cell Biol 2(6):345-56, 2010
Gottschald OR, Malec V, Krasteva G, Hasan D, Kamlah F, Herold S, Rose F, Seeger W, Hänze J
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Alpha-hemolysin of uropathogenic Escherichia coli induces profoundly different anti-and pro-inflammatory cytokine expression profiles in testicular and peritoneal macrophages: implications for testicular immune privilege. PLoS One:6;e28452; 2011
Bhushan S, Hossain H, Lu Y, Geisler A, Tchatalbachev S, Mikulski Z, Schuler G, Klug J, Chakraborty T, Meinhardt A
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Cholinergic chemosensory cells in the trachea regulate breathing. Proc Natl Acad Sci USA 108(23):9478-9483, 2011
Krasteva G, Canning BJ, Hartmann P, Veres TZ, Papadakis T, Mühlfeld C, Schliecker K, Tallini YN, Braun A, Hackstein H, Baal N, Weihe E, Schütz B, Kotlikoff MI, Ibanez-Tallon I, Kummer W
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Reduced expression of arrestin beta 2 by graft monocytes during acute rejection of rat kidneys. Immunobiology 216(7):854-61, 2011
Zakrzewicz A, Krasteva G, Wilhelm J, Dietrich H, Wilker S, Padberg W, Wygrecka M, Grau V
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Testosterone replacement effectively inhibits the development of experimental autoimmune orchitis in rat - evidence for a direct role of testosterone on regulatory T cell expansion. J Immunol 186:5162-5172.; 2011
Fijak M, Schneider E, Klug J, Bhushan S, Hackstein H, Schuler G, Wygrecka M, Gromoll J, Meinhardt A
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Cholinergic chemosensory cells in the auditory tube. Histochem Cell Biol 137(4):483-497, 2012
Krasteva G, Hartmann P, Papadakis T, Bodenbenner M, Wessels L, Weihe E, Schütz B, Langheinrich AC, Chubanov V, Gudermann T, Ibanez-Tallon I, Kummer W
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Cholinergic receptors in the murine oviduct: inventory and coupling to intracellular calcium concentration. Life Sci 91(21 -22) :1003-1008, 2012
Wolff M, Noreikat K, Ibanez-Tallon I, Lips KS, Kölle S, Kummer W
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Intermedin stabilized endothelial barrier function and attenuated ventilator-induced lung injury in mice. PLoS One 7(5):e35832, 2012
Müller-Redetzky H, Kummer W, Pfeil U, Hellwig K, Will D, Paddenberg R, Tabeling C, Hippenstiel S, Suttorp N, Witzenrath M
