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IMBA Forschungsgruppen

 

Micro RNAs und neue Technologien

Der Forschungsschwerpunkt von Stefan Ameres ist die RNA Biologie. Während die DNA einem starren Archiv gleicht, in dem alle lebenswichtigen Rezepturen des Lebens enthalten sind, liefert uns die RNA eine Fülle von Informationen über die Dynamik und die Funktion unserer Gene. Die RNA stellt Kopien der Original-Rezepturen her und bringt sie in der Zelle in Umlauf. Nach deren Vorlage werden Proteine gebaut oder bestimmte Genabschnitte der DNA stillgelegt. So schwirren in unseren Zellen konstant unzählige Informations-„Häppchen“ aus RNA herum. Mit seiner Forschungsgruppe hat Stefan Ameres eine neue Technologie entwickelt: SLAMseq, eine revolutionäre Sequenzier Methode, mit denen sich das Verhalten der Gene in „Echtzeit“ studieren lässt.


Oliver Bell

Chromatin – Bestimmer über die Genaktivität

Wie kann es sein, dass eine Zelle theoretisch auf 20.000 Gene zugreifen könnte, aber tatsächlich ein Großteil der Gene abgeschaltet ist? Wie funktioniert dieses An- und Ausschalten von Genen? Welche sind die Folgen in der Zelle? Welche Rolle spielen dabei äußere Faktoren und die Umwelt? Die Forschungsgruppe von Oliver Bell beschäftigt sich mit der sogenannten Epigenetik, die Antworten auf diese wichtigen Fragen liefert.


Julius Brennecke

Abwehr von Genomparasiten

Julius Brennecke beschäftigt sich mit den erstaunlichen Abwehrstrategien, die Zellen einsetzen, um ihr Erbgut, die DNA, vor Genomparasiten (sogenannten Transposons oder „springenden Genen“) zu schützen. Das Erbgut des Menschen besteht fast zur Hälfte aus diesen – auf den ersten Blick schädlichen – Genen. Bei der Fruchtfliege Drosophila sind es rund 20%. Diesen Modellorganismus nutzt auch das Team rund um Julius Brennecke, um sich mit der Dynamik dieser „DNA-Parasiten“ zu beschäftigen und die Signalwege zur ihrer Aktivierung oder Still-Legung zu erforschen. Erkenntnisse darüber geben Aufschluss über die Evolution wichtiger Signalwege in unseren Zellen und können auch wesentlich dazu beitragen, komplexe Erkrankungen wie Krebs besser zu verstehen.


Ulrich Elling

Stammzell-Forschung mit Hilfe des „Archivs der Mutationen“

Die Forschungsgruppe um Ulrich Elling beschäftigt sich mit neuen Methoden der Stammzell-Biologie, unter anderem mit der Frage: Welche Gene brauchen Stammzellen um sich zu spezialisierten Körperzellen entwickeln zu können? Dieser Fragen gehen die Forscher in Ellings Labor sehr systematisch nach. Sie nutzen die Technologie des „genetische Screenings“, die die Wissenschaftler auch ständig weiterentwickeln. Bei dieser Methode werden Parameter bzw. Eigenschaften über viele Zell-Linien hinweg untersucht.

Technologie-Entwicklung ist ein wesentlicher Bestandteil von Ellings Forschungsarbeit. 2011 entwickelte er eine Technik zur Herstellung haploider Stammzellen (Zellen mit nur einem Chromosomensatz) und legte so die Basis für „Haplobank“. Hierbei handelt es sich um ein Stammzell-Archiv der Gen-Mutationen, das sehr großes Potenzial für die biologische Grundlagenforschung, wie auch für die Entwicklung und das Testen von Medikamenten hat. Über Lizenzverträge wird das Archiv bereits von mehreren Unternehmen im pharmazeutischen und Biotechnologie-Bereich genützt.


Daniel Gerlich

Zellen live bei der Teilung zusehen

Wie sind Chromosomen während der Zellteilung räumlich organisiert und wie definieren sich dadurch ihre biophysikalischen Eigenschaften? Wie ist das Zellskelett organisiert und wie werden die Kräfte bei den verschiedenen Schritten der Zellteilung erzeugt? Wie werden die einzelnen Prozesse während der Zellteilung koordiniert? Die Wissenschafter im Team von Daniel Gerlich interessieren sich für die molekularen Mechanismen, die für die Zellteilung verantwortlich sind. 

Um die dynamischen Vorgänge während der Zellteilung zu analysieren, haben Daniel Gerlich und sein Team Mikroskope automatisiert und Computerprogramme zur quantitativen Zellanalyse entwickelt. Beim sogenannten „Machine Learning“ erlernt der Computer Regeln für die Unterscheidung von Zellmorphologien. Durch die neuen Methoden ist es möglich, die Zellteilungsfunktionen von tausenden von Genprodukten mit hoher Objektivität und Reproduzierbarkeit zu untersuchen.


Fumiyo Ikeda

Wie das Protein "Ubiquitin" Entzündungen reguliert

Ubiquitin ist ein kleines Protein, das in unterschiedlicher Anzahl an andere Proteine angeknüpft wird, und so deren Funktion verändert. Es dient somit der Veränderung bereits synthetisierter Proteine (posttranslationale Modifikation). Ubiquitin ist an zahlreichen biologischen Prozessen beteiligt, etwa an Proteinabbau, DNA-Reparatur, Entzündungen und  Zelltod, aber auch an Krankheiten wie Krebs oder Parkinson. Die Gruppe untersucht, welche Rolle Ubiquitin in spezifischen physiologischen Reaktionen im lebenden Organismus spielt. Hier interessieren sich die Forscher besonders für den Vorgang der linearen Ubiquitinierung und deren Rolle in der Entstehung von Entzündungen. Lineare Ubiquitinketten wurden erst jüngst entdeckt und sind daher noch relativ unerforscht. Im Speziellen versuchen die Wissenschafter den molekularen Zusammenhang zwischen linearer Ubiquitinierung und Entzündungsreaktionen bzw. Zelltod aufzudecken.


Jürgen Knoblich

Stammzellbiologie und Tumorentstehung

Stammzellen haben die faszinierende Eigenschaft, zwei unterschiedliche Arten von Nachkommen hervorzubringen: einerseits spezialisierte Zellen eines bestimmten Gewebetyps, andererseits weitere Stammzellen, die sich unermüdlich teilen. Proteine, die vor der Zellteilung asymmetrisch verteilt werden, sind für die Differenzierung verantwortlich. Ist diese Balance gestört, können sämtliche Tochterzellen einer Stammzelle ungehemmt weiterwachsen und damit die Bildung eines Tumors einleiten. Das Konzept der Tumorstammzellen hat weitreichende Konsequenzen, auch für die Krebstherapie. Die Gruppe um Jürgen Knoblich untersucht die genetischen Faktoren, die aus Stammzellen Tumorstammzellen machen, in der Taufliege Drosophila. Dem Team ist es gelungen, die Entstehung eines Tumors aus Stammzellen in der Fliege nachzubilden. Der einfache Aufbau dieses Modellorganismus erlaubt es nun, alle Drosophila-Gene auf eine Rolle bei dieser Tumorentstehung zu untersuchen.


Bon-Kyoung Koo

Adulte Stammzellen und Mechanismen zur Erhaltung der Organfunktion während des gesamten Lebens

Die Forschungsgruppe um Bon-Kyoung Koo beschäftigt sich mit den Mechanismen der Zellerneuerung unserer Organe. Viele unserer Organe, wie etwa Magen oder Darm, müssen stetig Zellen erneuern, um funktionsfähig zu bleiben, sogenannte adulte Stammzellen machen dies möglich. Diese körpereigene Regeneration wird durch komplexe molekulare Signale streng kontrolliert. Dr. Koo erforscht etwa, wie Zellen des Darms sich bilden und bei Verletzungen stetig erneuern. Seine Forschung ist gerade hinsichtlich der Krebsentstehung von Magen- und Darmkrebs sehr relevant. 


Sasha Mendjan

Stammzellen und die embryonale Entwicklung des Herzens und Fettgewebe

Jene wichtigen Organe und Gewebe des Menschen zu denen das Herz, die Blutkörperchen und -gefäße, die Muskeln, sowie das Fettgewebe zählen, bilden sich aus jener embryonalen Keimschicht die Mesoderm genannt wird. Auf der faszinierenden Reise vom frühen mesodermalen Ursprung bis hin zu funktionierenden Organen gibt es noch viel zu entdecken – dies gilt im Besonderen für die menschliche Entwicklung (Organogenese) und die damit im Zusammenhang stehenden Erkrankungen (Pathogenese). Unter Verwendung von Stammzellen wollen mein Team und ich, die molekularen Mechanismen der mesodermalen Organogenese und Pathogenese im Menschen untersuchen. Basierend auf diesen Erkenntnissen ist es das langfristige Ziel, funktionierende, organ-ähnliche Strukturen und Gewebe in der Petrischale nachzubilden. Ein besonderer Fokus stellt dabei die Entwicklung eines menschlichen Herz Modells und von Fettgewebe dar, um so Krankheitsmodelle zu generieren.


Josef Penninger

Wie Gene Krankheiten auslösen

Im Team von Josef Penninger wird eine breite Palette von Themen bearbeitet. Gemeinsam ist den Projekten der experimentelle Ansatz: die Forscher manipulieren gezielt Gene in der Maus, um dann die Auswirkungen dieser Veränderungen auf den gesamten Organismus zu studieren. Aus diesen Beobachtungen lassen sich grundlegende Prinzipien ableiten, die sowohl physiologische Vorgänge betreffen als auch Mechanismen der Krankheitsentstehung. Hier sind es insbesondere Herz- und Lungenerkrankungen, Autoimmunkrankheiten, Störungen des Knochenstoffwechsels und Krebs. Als Modellorganismus eignet sich die Maus besonders gut, weil ihre genetische Ausstattung bestens studiert und dem Menschen ähnlich ist.


Kikuë Tachibana

Wie teilen sich Chromosomen in einer Eizelle?

Bei älteren Müttern steigt die Häufigkeit einer Trisomie („Down-Syndrom“) mit steigendem Alter. Tritt die Trisomie bei Frauen im Alter zwischen 20 und 30 Jahren nur bei etwa 3% aller klinisch erkannten Schwangerschaften auf, sind es bei Frauen im Alter von 40 Jahren bereits 30%. Diesen Zusammenhang nennt man “Maternal Age Effect”.

Die meisten Trisomien entstehen durch Fehler der Chromosomenteilung während der allerersten Zellteilung nach der Befruchtung der Eizelle. Kikuë Tachibana und ihr Team untersuchen die molekulare Grundlage der Chromosomenteilung. Sie wollen verstehen, wie dieser Prozess mit der Entstehung des Down Syndroms zusammenhängt. Diese Studien haben in einer Zeit, in der insbesondere in westlichen Ländern das Durchschnittsalter von Erstgebärenden zunehmend ansteigt, große Bedeutung.


Noelia Urbán

Wie die Produktion neuer Neuronen durch physiologische, pathologische und pharmakologische Reize reguliert wird

Im Fokus der Forschungsgruppe von Noelia Urbán stehen adulte Nervenstammzellen, die auch bei Erwachsenen ständig neue Nervenzellen bilden können und die durch eine Reihe von Faktoren, wie etwa Bewegung, Ernährung, Stress oder Medikamente wie Psychopharmaka gesteuert werden. So erhofft sich die Wissenschaftlerin neue Einblicke darüber, wie es zu einer Reduktion von diesen hippokampalen Stammzellen (AHSCs) kommt und wie diese in Zusammenhang mit Gedächtnisstörungen, neurodegenerativen Erkrankungen sowie mit affektiven Störungen wie etwa Depressionen stehen.

Frühere IMBA Forschungsgruppen

Barry DicksonInformationsverarbeitung in neuronalen Schaltkreisen und komplexes Verhalten in DrosophilaJanelia Research Campus, Ashburn, USA
Thomas MarlovitsDesign und Funktion molekularer MaschinenCSSB Centre for Structural Systems Biology, Hamburg, Deutschland
Javier MartinezRNA BiologieMFPL Max F. Perutz Laboratories, Wien, Österreich
Kazufumi MochizukiEliminierung von überflüssiger DNA in TetrahymenaInstitute of Human Genetics, Montpellier, Frankreich
Leonie RingroseEpigenetik - Das Gedächtnis der ZellenIRI Life Sciences, Humboldt University, Berlin, Deutschland
Vic Small (Emeritus Gruppe)Mechanismen und Kontrolle der ZellwanderungVideo Tour (in englischer Sprache)