Mitochondriales Membranmodell
Biomembranen sind essentieller Bestandteil aller lebenden Organismen. Es handelt sich um strukturierte, fein regulierte Lipidbilayer, die nicht nur das Zellkompartiment selbst begrenzen, sondern auch innerhalb die Begrenzungen der Organellen darstellen. Biomembranen sind dynamisch, sie befinden sich im permanenten Wandel und sind funktionaler Bestandteil der Zelle. Die Zelle reguliert sowohl Prozesse, die die äußere, mikroskopisch erfassbare Struktur der Membran wie Vesikularisierung, Fusion, Fission und Invagination beeinflussen, als auch Prozesse, die sich auf die innere, nicht sichtbare Struktur auswirken, z.B. auf die Lipidzusammensetzung, das Entstehen von Lipidrafts und die Lipidasymmetrie, d.h. die ungleiche Verteilung zwischen den Lipidmonolayern.
Die skizzierte Dynamik der Membranen kommt unter anderem durch Interaktionen membranständiger Proteine mit Lipiden zustande. Am Lehrstuhl liegt ein besonderes Augenmerk auf Wechselwirkungen pro-apoptotischer BCL-2 Proteine mit der äußeren mitochondrialen Membran, welche im Zuge dessen permeabel wird und dabei ins Zentrum des apoptischen Geschehens rückt. Liposomen werden für die Simulation des Geschehens in vitro als Modell für die äußere mitochondriale Membran verwendet (Martin Holzer, Doktorarbeit Michael Keller). Dabei spielen besonders Interaktionen einzelner Lipide mit hydrophoben Domänen der entsprechenden Proteine eine wichtige Rolle.
Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung ist die Untersuchung der Lipidasymmetrie in der äußeren mitochondrialen Membran von Säugetieren. Es wird vermutet, dass die Regulierung der Lipidasymmetrie einen Kontrollmechanismus bei den beschriebenen apoptotischen Prozessen darstellt. Zu diesem Zweck werden Protokolle zur präparativen Isolierung hochreiner Mitochondrien mittels Free Flow Elektrophorese entwickelt. An den aufgereinigten Mitochondrien kommen spezielle Methoden zur Ermittlung der asymmetrischen Lipidverteilung zum Einsatz, die z.B. die Anwendung HPTLC- Analytik und die Entwicklung neuer HPLC-Methoden zur Quantifizierung von Lipiden getrennt nach Lipidklassen beinhalten.
Förderung
Das Projekt wurde zwischen 2010 und 2011 durch den Exzellenzcluster „BIOSS Centrefor Biological Signalling Studies“ (DFG, EXC 294) gefördert.