Konfokales Laserscanning Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Arbeitsgruppe Winterhager beschäftigt sich mit den Ursachen der Schwangerschaftserkrankung Präeklampsie, die auf einer zu geringen Trophoblastinvasion in das maternale Kompartiment bei der Entwicklung der Plazenta beruht. Unsere vorhergehenden Studien haben gezeigt, dass die matrizellulären CCN Proteine, CCN1 und CCN3, hypoxisch über HIF-1α und TGF-β3 reguliert werden und beide eine wichtige Rolle in der Trophoblastinvasion übernehmen. Da TFG- β3 von dem stromalen Kompartiment sezerniert wird, gehen wir davon aus, dass die Modulation beider CCN Proteine von dem Deziduagewebe kontrolliert wird. In der hier dargestellten Studie setzen wir das Leica SP5 System mit einem integriertem Zellkultivierungsmodul zur Untersuchung der Regulation beider CCN Proteine sowie deren Rolle in der Trophoblastinvasion in das stromale Kompartiment mit Hilfe verschiedener Ko-Kulturmodelle von genetisch veränderten Trophoblast- und Stromazellen ein. Das Invasionsverhalten der Trophoblastzellen wird unter verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen mit Hilfe von Life Imaging am Leica SP5 untersucht. Die Bedeutung von Membrantransportern für die Tumormetastasierung und Pathogenabwehr bildet den Forschungsschwerpunkt der AG Palmada/Böhmer. Die These, dass die erhöhte Aktivität von Membrantransportern bei den o.g. Prozessen auf ihrem vermehrten Targeting zur Plamamembran beruht und dieser Prozess durch den PI3- Kinase-Signalweg gesteuert wird, konnte durch konfokalmikroskopische Methoden bestätigt werden. Durch die Benutzung von Biosensoren, die auf Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) basieren, konnte zudem die räumlich-zeitliche Aktivierung der beteiligten Serin-Threonin-Kinasen charakterisiert werden. Die laufenden Arbeiten benutzen den Modellorganismus C. elegans und machen sich die Möglichkeit der konfokalen Lebendzellbeobachtung mit hoher zeitlicher Auflösung des SP5 zu Nutze. Die AG Fandrey beschäftigt sich mit der Aufklärung zellulärer Sauerstoffsensoren. Unter Sauerstoffmangel wird vor allem der Transkriptionsfaktor Hypoxie-induzierbarer Faktor HIF-1 aktiviert. Dazu akkumuliert die sauerstofflabile alpha-Untereinheit unter Sauerstoffmangel, dimerisiert im Zellkern mit der beta-Untereinheit und aktiviert Hypoxie-induzierbare Gene. Die Regulation der HIF-1-Untereinheiten ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis zellulären Sauerstoffsensings. Aus diesem Grund wurde das Mikroskop zum Nachweis der Zusammensetzung des HIF-1 Komplexes durch Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) sowie der Translokation und der Mobilität der Untereinheiten mithilfe von Fluorescence-Recovery After Photo Bleaching (FRAP) verwendet. Neben dem Nachweis der Protein-Protein-Wechselwirkung (FRET) bzw. der Proteinmobilität (FRAP) erfolgte vor allem der konfokale Nachweis der Verteilung in unterschiedlichen subzellulären Kompartimenten. Die AG Gulbins beschäftigt sich mit der Rolle von Ceramiden und ceramidreichen Membranplattformen bei zystischer Fibrose und bakteriellen Infektionen, insbesondere bei pulmonalen Infektionen mit Pseudomonas aeruginosa. Unsere Arbeiten konnten mit Hilfe des SP5 konfokalen Mikroskopes erstmalig zeigen, dass es in Epithelzellen von Mäusen und Patienten mit zystischer Fibrose zu einer Akkumulation von Ceramid, zur Bildung ceramidreicher Membranplattformen, zur Aggregation bestimmter Moleküle wie z.B. NADPH-Oxidasen und so zur Induktion von Entzündung, Infektionsanfälligkeit und Lungenfibrose bei zystischer Fibrose kommt. In weiteren Studien wurde das Mikroskop zu Analyse der subzellulären Bildung und Verteilung von Ceramid nach Chemotherapie in Tumorzellen verwendet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Acid sphingomyelinase amplifies redox signaling in Pseudomonas aeruginosa-induced macrophage apoptosis. J Immunol 2008;181:4247-54
Zhang Y, Li X, Carpinteiro A, Gulbins E
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Ceramide accumulation mediates inflammation, cell death and infection susceptibility in cystic fibrosis. Nat Med 2008;14:382-91
Teichgräber V, Ulrich M, Endlich N, Riethmüller J, Wilker B, De Oliveira-Munding CC, van Heeckeren AM, Barr ML, von Kürthy G, Schmid KW, Weller M, Tümmler B, Lang F, Grassmé H, Döring G, Gulbins E
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Ceramide metabolism determines glioma cell resistance to chemotherapy. J Cell Physiol 2009;221:688-95
Dumitru CA, Weller M, Gulbins E
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Molecular imaging: into in vivo interaction of HIF-1alpha and HIF-2alpha with ARNT. Ann NY Acad Sci 2009;1177:74-81
Konietzny R, König A, Wotzlaw C, Bernadini A, Berchner-Pfannschmidt U, Fandrey J
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Accumulation of ceramide in the trachea and intestine of cystic fibrosis mice causes inflammation and cell death. Biochem Biophys Res Commun 2010;403:368-74
Becker KA, Tümmler B, Gulbins E, Grassmé H
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Acid sphingomyelinase inhibitors normalize pulmonary ceramide and inflammation in cystic fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol 2010;42:716-24
Becker KA, Riethmüller J, Lüth A, Döring G, Kleuser B, Gulbins E
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Alterations in ceramide concentration and pH determine the release of reactive oxygen species by Cftr-deficient macrophages on infection. J Immunol 2010;184:5104-11
Zhang Y, Li X, Grassmé H, Döring G, Gulbins E
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More insights into the CCN3/Connexin43 interaction complex and its role for signaling. J Cell Biochem 2010;110:129-140
Gellhaus A, Wotzlaw C, Otto T, Fandrey J, Winterhager E
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Nanoscopy of the cellular response to hypoxia by means of fluorescence resonance energy transfer (FRET) and new FRET software. PMC Biophys. 2010;3:5
Wotzlaw C, Gneuss S, Konietzny R, Fandrey J
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Regulation of the matricellular proteins CYR61 (CCN1) and NOV (CCN3) by hypoxia-inducible factor-1{alpha} and transforming-growth factor-{beta}3 in the human trophoblast. Endocrinology 2010;151:2835-45
Wolf N, Yang W, Dunk CE, Gashaw I, Lye SJ, Ring T, Schmidt M, Winterhager E, Gellhaus A
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The liver X receptor (LXR) and its target gene ABCA1 are regulated upon low oxygen in human trophoblast cells: a reason for alterations in preeclampsia? Placenta 2010;31:910-18
Plösch T, Gellhaus A, van Straten EM, Wolf N, Huijkman NC, Schmidt M, Dunk CE, Kuipers F, Winterhager E
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Kinase suppressor of Ras-1 protects against pulmonary Pseudomonas aeruginosa infections. Nat Med 2011;17:341-6
Zhang Y, Li X, Carpinteiro A, Goettel JA, Soddemann M, Gulbins E
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Multifocal animated imaging of changes in cellular oxygen and calcium concentrations and membrane potential within the adult mouse carotid body ex vivo. Am J Physiol Cell Physiol 2011;301:C266-71
Wotzlaw C, Bernardini A, Berchner-Pfannschmidt U, Papkovsky D, Acker H, Fandrey J
