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Forschung der AG Voos

Mitochondrien sind essentielle Komponenten einer eukaryontischen Zelle. Neben der Erzeugung des Hauptanteils zellulären ATPs, werden Mitochondrien für viele essentielle biosynthetische Prozesse benötigt und sind zudem an wichtigen Signalprozessen wir der Apoptose beteiligt. Die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Proteinfunktionen unter normalen und pathologischen Bedingungen („Protein-Homöostase) ist daher essentiell für das Überleben der eukaryontischen Zelle. Neben einem entscheidenden Einfluß auf Alterungsprozesse, spielen Defekte mitochondrialer Prozesse bei vielen Krankheiten eine wichtige Rolle, insbesondere bei neurodegenerativen und Tumor-Erkrankungen.

Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten im meinem Labor liegt auf der Erforschung der molekularen Mechanismen, die der mitochondrialen Protein-Homöostase zu Grunde liegen. Wir sind in erster Linie an der Anwendung dieser biochemischen Erkenntnisse auf die Aufklärung der pathologischen Prozesse bei neurodegenerativen Erkranungen wie Morbus Parkinson oder Alzheimer interessiert. Wir sind in erster Linie an der biochemischen Charakterisierung eines interessiert, das für die mitochondriale Protein-Qualitätskontrolle verantwortlich ist. 

Primäre werden Schutz- und Reparaturfunktionen für beschädigte Proteine von einem funktionalen Netzwerk von Faltungshelferproteinen (Chaperone) und ATP-abhängigen Proteasen übernommen. Die mitochondrialen Chaperone der Hsp70- und Hsp60-Famile besitzen in einer ATP-regulierten Reaktion eine hohe Affinität zu ungefalteten und überweigend hydrophoben Polypeptidsegmenten. Durch Bindung werden derartige Substratproteine stabilisiert und können zur aktiven Form zurückgefaltet werden. Terminal geschädigte oder komplett denaturierte Proteine müssen von speziellen Proteasen im Matrix-Kompartiment und der Innenmembran erkannt und entfernt werden, bevor sie durch Aggregation zu zellulären Schäden beitragen können. Falls es durch eine Überlastung des Chaperon/Protease-Systems doch zu Proteinaggregation kommen sollte, zeigen neueste Ergebnisse, dass diese Aggregate in speziellen mitochondrialen Kompartimenten, IMiQ für "intramitochondrial quality control compartment" abgelagert und neutralisiert werden. Neurodegenerative Krankheiten zeigen häufig eine Akkumulation defekter Mitochondrien. Neben den oben beschriebenen Prozessen werden neuartige Mechanismen der Qualitätskontrolle postuliert, die auf molekularer Ebene noch weitgehend unverstanden sind und von der Arbeitsgruppe aktiv studiert werden.

Zur Aufklärung dieser Mechanismen wird ein weites Spektrum an biochemischen und zellbiologischen Arbeitsmethoden am Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae (Bierhefe) und in humanen Zellkultur-Systemen angewandt. Dabei werden spezifische Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung mitochondrialer Degradations- und Aggregationsreaktionen an. Zudem wird durch Anwendung von Techniken der Proteom-Analyse der qualitative und quantitative Proteindurchsatz durch das System der Protein-Qualitätskontrolle bestimmt. Dabei geht es in erster Linie um die Identifizierung des natürlichen Substratspektrums der mitochondrialen Chaperone und Proteasen und um die Definition der Substratselektivität, die im Fall der Mitochondrien ohne eine spezielle Markierung von Substratproteinen wie beim Ubiquitin-Proteasomsystem des Cytosols aus kommen muss. Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Basis für eine Charakterisierung der Rolle von Mitochondrien bei human-pathologischen Prozessen darstellen.

Auf Grund der interdisziplinären Arbeitsweise des Labors sind Absolventen der Studiengänge Biochemie, Biologie, Biomedizin und Medizin als MItarbeiter willkommen. Die wissenschaftlichen Arbeiten werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. 

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