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Systematische Genomforschung

Die Entwicklung modernster Hochdurchsatztechnologien im Zuge des humanem Genomforschungsprojekts ermöglichen die umfassende Analyse biologischer Informationen. Gen-Chip-Analysen gut dokumentierter klinischer Tumorproben sollen helfen, den "molekularen Fingerabdruck" von Tumoren aufzuspüren.

Neben mRNA- und microRNA-Microarrays, kommen derzeit sogenannte „Methylierungs- Microarrays“ zur systematischen Analyse des genomischen Methylierungsstatus zum Einsatz. Diese Gen-Chips enthalten ähnlich einem Computerchip viele Informationen auf kleinstem Raum und erlauben somit die parallele Analyse mehrerer tausend Einzelnachweise in einer geringen Menge Probenmaterials. In ähnlicher Weise sind sog. „Tissue-Microarrays“ konzipiert, welche die simultane immunhistologische Analyse hunderter Tumorbiopsien erlauben. Dies technologischen Fortschritte sind gerade in der Tumordiagnostik von großer Bedeutung, da dem Patienten möglichst wenig Biopsiegewebe entnommen werden soll.

Genomweite systematische Identifizierung von Tumormarkern

Univ. Prof. Dr. Roland H. Stauber/Dr. rer. nat. Negusse Habtemichael/ Dr. phil. nat. Shirley Knauer

Die Identifizierung und funktionelle Charakterisierung neuer, an der Krebsentstehung und Metastasierung beteiligter Gene durch Anwendung moderner Hochdurchsatztechnologien stellt einen Arbeitsschwerpunkt unserer Gruppe dar.

Mittels Genchip-Analysen (siehe Abbildung) und der immunhistochemischen Analyse von Gewebechips untersuchen wir in interdisziplinärer Zusammenarbeit die maligne Transformation und das Metastasierungsverhalten von Kopf-und-Hals- sowie Brust- und Kolon-Tumoren. Differentiell exprimierte Gensignaturen könnten nicht nur zur molekularen Diagnostik eingesetzt werden, sondern ermöglichen außerdem die Identifikation neuer potentieller Angriffspunkte für experimentelle Therapien.

Die Rolle, welche bestimmte differentiell exprimierte Gene bei der Krebsentstehung spielen, wird derzeit mittels verschiedener experimenteller und bioinformatischer Ansätze untersucht.

Epigenetische Regulationsmechanismen der Tumorgenese und Metastasierung

Univ. Prof. Dr. Roland H. Stauber/Dr. phil. nat. Shirley Knauer/Dr. rer. nat. Negusse Habtemichael/Cand. biol. Nadine Courtial/Cand. biol. Maike Priester/Cand. biol. Ulrike Billmeier

Neben genetischen Abberationen wie Deletionen, Insertionen oder Duplikationen spielt die Epigenetik eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Progression von Tumorerkrankungen. Neben Proteinmodifikationen betreffen epigenetische Alterationen vor allem die Methylierung regulatorischer DNA-Bereiche (siehe Abbildung), welche sich entscheidend auf die Transkription und letztendlich auf die Menge und die biologische Aktivität von Proteinen auswirken kann.

Im vorliegenden Projekt wird mit Hilfe genomweiter Expressions- (= Transkriptom) und Methylierungsanalysen (= Methylom) versucht, neue Gene zu identifizieren, deren Expression im Normalgewebe, im Primärtumor und in Metastasen durch Methylierung differentiell reguliert wird. Die funktionelle Auswirkung der epigenetischen Transkriptionsregulation auf die „kanzergonenen“ Funktionen der Kandidatenproteine, sowie deren Methylierungsstatus im Patientenmaterial, wird anschließend molekularbiologisch charakterisiert.

Auswirkungen von Nanopartikeln auf Zellen des Respirationstrakts

Univ. Prof. Dr. Roland H. Stauber/Dr. phil. nat. Shirley Knauer/ Dr. rer. nat. Negusse Habtemichael

Eine der zentralen Fragen bei der aktuellen Diskussion um die enormen Anwendungsmöglichkeiten der Nanotechnologie ist eine mögliche Gesundheitsgefährdung durch ultrafeine Partikel in der Umwelt. Dabei stehen Risiken für die Atemwege im Vordergrund. Feine und ultrafeine Stäube in der Umgebungsluft stammen meist aus verschiedensten Verbrennungs- und Verarbeitungsprozessen. Daneben werden Nanopartikel (NP) auch zunehmend industriell in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt.

In einer interdisziplinären Kooperation mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Kirkpatrick (Inst. f. Pathologie; Univ. Mainz), Dr. Maskos (Institut f. Physikalische Chemie; Universität Mainz) und Prof. Dr. Galla (Institut f. Biochemie; Universität Münster) untersuchen wir in vitro die Wechselwirkung von NP mit Epithel- und Endothelzellen der alveolo-kapillären Barriere. Neben der bio-physikalischen Charakterisierung von NP, stehen vor allem die Analysen intra- und interzelluläre Transportwege von NP, sowie die Auswirkungen mikroskaliger Partikel auf die Homöostase der Zelle im Vordergrund diese Projekts. Hierbei kommen neben zellbiologischen Methoden („live cell imaging“, computergesteuerte Mikroinjektion, etc.) auch genomweite Transkriptomanalysen zum Einsatz um zelluläre Mechanismen und Signaltransduktionswege zu identifizieren, welche möglicherweise durch NP beeinflusst werden.

Die Ergebnisse dieser Arbeiten sollen nicht nur dazu beitragen eventuelle unerwünschte Nebenwirkungen von NP besser vorhersagen zu können, sondern könnten auch neue, potentiell therapeutische Einsatzmöglichkeiten von NP (z.B. in der Tumortherapie) aufzeigen.