Die Signalübertragung von Zelle zu Zelle erfolgt im Nervensystem an spezialisierten Kontaktzonen, den Synapsen. Ein wichtiger Bestandteil der Synapsen sind Liganden-gesteuerte Ionenkanäle, die durch Bindung eines von der praesynaptischen Zelle ausgeschütteten Neurotransmitters die Depolarisation der postsynaptischen Zelle vermitteln. Der nikotinische Acetycholinrezeptor (nAChR) ist ein Prototyp für solche Ionenkanäle. Ein Teil unserer Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Aufklärung von Mechanismen, die zur Öffnung des nAChR führen. Hierfür werden die Bindungsstellen verschiedener Klassen von Liganden charakterisiert, von denen man weiß, dass sie Struktur und Funktion des nAChR beeinflussen, darunter Toxine aus den Venomen von Schlangen und Wespen. (Bei diesen Studien besteht eine langjährige Zusammenarbeit mit der Abteilung von Prof. Viktor Tsetlin am Shemyakin-Ovchinnikov-Institut  für Bioorganische Chemie in Moskau.)
Es kommen vor allem proteinchemische Methoden zum Einsatz, wie HPLC, Edman-Sequenzierung, MALDI- und ESI-Massenspektrometrie, aber auch biophysikalische Techniken, wie Fluoreszenz- oder FTIR-Spektroskopie. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Expression und Strukturaufklärung einzelner Domänen des nAChR, die bei der Regulation des Rezeptors eine wichtige Rolle spielen.
 

Im Zellkern bildet die innere Kernmembran eine mögliche Struktur für Signalverarbeitungsprozesse. Bisher sind nur wenige Proteine dieser Membran bekannt. Diese nehmen jedoch Einfluss auf die funktionelle Organisation des Zellkerns. Ziel unserer Untersuchungen ist es, hier weitere Proteine mit proteinchemischen Mitteln zu identifizieren, sie funktionell zu charakterisieren und ihre phosphorylierungsabhängigen Wechselwirkungen mit anderen Kernproteinen zu beschreiben. Das Lamina-assoziierte Polypeptid 2 beta (LAP 2ß) ist in diese Membran integriert und dient uns als Modellprotein. Die Suche nach seinen Bindungspartnern und die Charakterisierung der Protein-Protein-Interaktionen erfolgt durch eine Kombination molekularbiologischer und zellbiochemischer Methoden (Expression rekombinanter Proteine, Zellkultur mit Fibroblasten und Neuroblastomzellen).
 

An den Synapsen kommt es bei wiederholter Stimulierung zu Adaptationsprozessen, bei denen die Signaltransduktion moduliert wird. Diese Prozesse sind essentiell für das Lernen und die Entwicklung von Gedächtnis. Man nimmt an, dass darauf auch das Phänomen chronischer Schmerz  fußt. Die zu Grunde liegenden Mechanismen werden in einer Zusammenarbeit mit der Firma Grünenthal untersucht. In diesem Projekt, welches vom Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) gefördert wird, ist es Aufgabe unserer Gruppe, solche Proteine zu identifizieren, die während der Entwicklung von chronischem Schmerz in ihrer Expression moduliert oder post-translational modifiziert werden. Dazu setzen wir zweidimensionale Trenntechniken und massenspektrometrische Analyse ein.

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Ein weiterer Fokus unserer Forschung liegt im Bereich intrazellulärer Signalketten: Wie wird ein Signal, das an der Plasmamembran eintrifft, in den Zellkern vermittelt, wo es durch Modulation der Genexpression letztendlich die Regulation von Proliferation und Differenzierung beeinflusst? In den letzten Jahren stellte sich heraus, dass einige Proteinkinasen, darunter die von uns untersuchte Proteinkinase C (PKC), Stimulus-abhängig in den Zellkern transloziert werden. Ziel ist die Identifizierung von Bindungspartnern und Substraten der PKC im Kern und die Aufklärung des Mechanismus der Translokation (PKC besitzt kein klassisches Transportsignal). Die Untersuchungen, die auf molekularbiologischen und proteinchemischen Methoden beruhen, werden u.a. an primären Neuronen durchgeführt.