PZMS Präklinisches Zentrum für Molekulare Signalverarbeitung
PZMS Präklinisches Zentrum für Molekulare Signalverarbeitung

 

News

Freitag, 13. August 2021

Ungefaltete Proteine im ER und Lipiddoppelschichtstress führen zu gemeinsamer Transmembranarchitektur von Ire1

Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie

Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie

Das Endoplasmitische Retikulum (ER) ist ein Zellorganell, das eine entscheidende Rolle bei der Faltung von Proteinen und dem Zellwachstum spielt. Unter Stressbedingungen kann es vorkommen, dass neugebildete Proteine nicht richtig gefaltet werden und sich deshalb im ER ansammeln. Dadurch wird die sogenannte unfolded protein response (UPR) aktiviert, die den Abbau der falsch gefalteten Proteine in Gang setzt und die Überladung des ER durch eine generelle Unterdrückung der Proteinsynthese verhindert. Gleichzeitig wird allerdings die Bildung spezifischer Proteine zur Unterstützung der Proteinfaltung angeregt. Das Gleichgewicht zwischen Proteinsynthese und Proteinfaltung kann so innerhalb kurzer Zeit wieder hergestellt werden. Dauert dieser Anpassungsprozess allerdings zu lange, kommt es unweigerlich zum Zelltod.

Eine Ansammlung ungefalteter Proteine im ER kann durch Sensoren in der ER Membran erkannt werden. Dazu gehört im Menschen wie in der Hefe das Enzym Ire1 (Inositol-requiring enzyme 1), das die Proteinlast im ER erkennt und die UPR als breitgefächerte Antwort aktivieren kann. Forschungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass die UPR aber auch  durch Veränderungen der ER Membran hervorgerufen werden kann und dass Lipide eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen. Als Lipiddoppelschicht-Stress (lipid bilayer stress) werden metabolische oder stressbedingte Veränderungen der ER Membran zusammengefasst, welche deren Dehnbarkeit und Verformbarkeit beeinflussen, indem sie zu einer Versteifung führen. Das kann zum Beispiel an einem veränderten Anteil von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren liegen. Solche Veränderungen der ER Membran können zu einer fehlerhafte Faltung von Membranproteinen führen und müssen daher auch durch die Sensoren der UPR erkannt werden.

Wie genau die unterschiedlichen Signale von ungefalteten Proteinen im ER und vom Lipiddoppelschichtstress durch den Sensor Ire1 verarbeitet werden, ist noch weitgehend unbekannt. Die aktuelle Forschung im Team von Prof. Robert Ernst an der UdS in Homburg (Medizinische Biochemie und Molekularbiologie) deuten aber darauf hin, dass beide Signale zu einer gemeinsamen Transmembranarchitektur von Ire1 führen und somit konvergieren. Erstaunlicherweise führen also zwei völlig unterschiedliche Stressformen zu ein und derselben Antwort. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renomierten Fachzeitschrift Journal of Cell Biology veröffentlicht.

Kristina Väth, Carsten Mattes, John Reinhard, Roberto Covino, Heike Stumpf, Gerhard Hummer, Robert Ernst (2021) Cysteine cross-linking in native membranes establishes the transmembrane architecture of Ire1. JCB 220: e202011078, https://doi.org/10.1083/jcb.202011078 (Foto: © Universität des Saarlandes/Thorsten Mohr)

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Montag, 19. Juli 2021

Fotogalerie zum Baufortschritt des PZMS Forschungsgebäudes


Gut ein Jahr nach dem Baubeginn ist der Rohbau des PZMS Forschungsgebäudes schon fast fertig, wie diese Aufnahme vom 19. Juli 2021 zeigt. Eine kleine Fotogalerie zum Fortschritt seit dem Baubeginn Ende März 2020 findet sich unter folgendem Link: https://www.molmed-saarland.eu/baufortschritt-pzms/.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Montag, 30. März 2020

Heute Baubeginn PZMS Forschungsgebäude


Auch in schwierigen Zeit gibt es Momente, an denen man sich einfach freuen darf: Heute haben endlich die Bauarbeiten für das Präklinische Zentrum für Molekulare Signalverarbeitung (PZMS) mit dem Start des Erdaushubs begonnen. Die ersten Bagger rollen und erschließen das Gelände zwischen dem Zentrum für Integrative Physiologie & Molekulare Medizin und dem Institut für Rechtsmedizin auf dem Campus der Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes in Homburg. Das PZMS wird als konzeptionell wegweisendes interdisziplinäres Forschungszentrum, für dessen Realisierung das Saarland und die Bundesrepublik Deutschland gemeinsam die notwendigen finanziellen Mittel zur Verfügung stellen, die biomedizinische Forschungslandschaft in Homburg nachhaltig voran bringen und die nationale und internationale Sichtbarkeit des Standorts durch die Bündelung kreativer Kräfte und innovativer Forschungsansätze tiefgreifend verändern. Die Fertigstellung und Inbetriebnahme des PZMS ist für 2023 geplant. (Fotos: Martin van der Laan)

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Donnerstag, 6. Februar 2020

Forscher widerlegen 50 Jahre alte Lehrmeinung zur Regulation der Zellmembran

Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie

Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie

Die Zellmembran ist die Grenze zwischen Leben und Nicht-Leben. Dass sich die Zellhülle auf Umweltbedingungen wie die Temperatur einstellt, ist essentiell für alle Lebensformen. Bisherige Lehrmeinung war, dass Zellen die Flüssigkeit ihrer Membranhülle messen, um sich an die Temperatur anzupassen. Dieses 50 Jahre alte Dogma ist aber falsch, haben Forscherinnen und Forscher in einem gemeinsamen Projekt festgestellt. Ihre Erkenntnisse sind heute im Fachmagazin „Nature Communications“ erschienen. (Foto: © Universität des Saarlandes/Thorsten Mohr) 

 

Stephanie Ballweg, Erdinc Sezgin, Milka Doktorova, Roberto Covino, John Reinhard, Dorith Wunnicke, Inga Hänelt, Ilya Levental, Gerhard Hummer & Robert Ernst: Regulation of lipid saturation without sensing membrane fluidity. Nature Communications 11, 756 (2020), https://www.nature.com/articles/s41467-020-14528-1, DOI 10.1038/s41467-020-14528-1.

 

Zur UDS Pressemitteilung vom 6. Februar 2020

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Freitag, 17. Januar 2020

Informationsveranstaltung zum Neubau des PZMS-Forschungsgebäudes

Bauplatz PZMS-Forschungsgebäude

Am 17.01.2020 fand auf dem Campus Homburg eine Informationsveranstaltung zum größten Projekt im Landesbau Saarland statt, dem Neubau des PZMS-Forschungsgebäudes (Bauherr: Ministerium für Inneres, Bauen und Sport vertreten durch LaVA). Das unter Berücksichtigung nachhaltiger Anforderungen (z.B. bezüglich des Fassadenbaus, Photovoltaikanlage) geplante Gebäude wird auf dem vor 10 Jahren erschlossenen Gelände zwischen dem 2015 eröffneten Forschungsgebäude CIPMM und dem 2019 eröffneten neuen Gebäude der Rechtsmedizin entstehen und eine große Bedeutung für die Gesamtentwicklung des Universitätscampus haben. Mit der baulichen Fertigstellung ist im Herbst 2022 zu rechnen. Das Gebäude wird eine Nutzfläche von 4.500 m² haben und 10 Arbeitsgruppen mit ca. 174 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern unter einem Dach vereinen. Der erste Arbeitstag im neuen Gebäude ist für Mitte 2023 geplant und die unmittelbare Nachbarschaft zum Forschungsgebäude CIPMM lässt starke Synergieeffekte erwarten. (Foto: Gabriele Amoroso)

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Montag, 10. Dezember 2019

Forscher untersuchen Rolle der Zellmembran bei der Entstehung chronischer Krankheiten

Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie
© Universität des Saarlandes/Thorsten MohrRobert Ernst, Professor für Molekularbiologie

Viele Krankheiten, etwa Diabetes oder die Nichtalkoholische Fettleber, haben ihre Ursachen in molekularen Abläufen der Körperzellen. Die genauen Mechanismen, wie solche Krankheiten entstehen, sind bisher kaum verstanden. Ein Team um Professor Robert Ernst wird nun der Frage nachgehen, inwieweit ein gestörtes Gleichgewicht von Fetten und Proteinen in der Zellmembran Krankheiten auslösen kann. Die EU fördert das Projekt mit knapp zwei Millionen Euro aus einem ERC Consolidator Grant.

Stress macht uns krank. Von dieser Erkenntnis profitiert inzwischen eine ganze Industrie, von der Wellnessbranche bis hin zum boomenden Wander-Tourismus, die den stressgeplagten Zeitgenossen des Informationszeitalters Entspannung bringen sollen. Was für den Menschen im Ganzen gilt, gilt auch für seine Bausteine: Forscher sprechen vom „Zellstress“, wenn Körperzellen aus dem Gleichgewicht kommen und nicht mehr so funktionieren, wie sie sollen. Zellstress – und infolgedessen womöglich eine chronische Krankheit – entsteht beispielsweise, wenn bestimmte Stoffe in den Zellen nicht mehr in ihrem natürlichen Gleichgewicht sind.

In ihrem heute bewilligten Forschungsprojekt, das mit rund zwei Millionen Euro von der Europäischen Union gefördert wird, möchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um den Professor für Molekularbiologie, Robert Ernst, herausfinden, wie ein Ungleichgewicht von Membranfetten (Lipiden) und Eiweißen (Proteinen) in Zellmembranen zu Zellstress und damit zu Krankheiten führen kann – und wie dieser Zellstress wieder abgebaut werden kann. Dazu gilt es, die Mechanismen innerhalb einer Zelle zu durchschauen, die dazu führen, dass eine Zelle das Gleichgewicht der Stoffe erkennen und steuern kann.

„Denn das ist eine der fundamentalen Frage, die seit langem bekannt ist, die wir bisher aber nicht beantworten konnten: Wie erkennt eine Zelle überhaupt, wann genug Lipide und Proteine vorhanden sind?“, erläutert der Biowissenschaftler, der sich auf Entscheidungsprozesse in und an Zellmembranen spezialisiert hat. Diese Frage konnte bisher aus einem recht banal klingenden Grund nicht untersucht werden: Es fehlte am Handwerkszeug. „Bisher konnten wir schlicht noch gar keine hochreinen Membranen gewinnen, um die Proteindichte darin genau zu bestimmen“, erläutert Robert Ernst.
Klassische Verfahren der Membrangewinnung sind zumeist „verunreinigt“ und liefern eher eine wilde Mischung unterschiedlichster Membranen. Damit können Wissenschaftler aber keine Messungen und Experimente durchführen, um die Mechanismen des Gleichgewichts zwischen der Lipid- und Proteinsynthese zu entschlüsseln. „Wir haben in den vergangenen Jahren aber eine Methode entwickelt, wie wir genau solche hochreinen Zellmembranen gewinnen können, so dass wir den Einfluss der Proteindichte in der Membran bei der Untersuchung von Krankheiten nun erforschen können“, sagt der Wissenschaftler. „Denn wir vermuten, dass die Zellmembran bisher unterschätzt wird, wenn es um die Entstehung von Krankheiten geht.“

Im EU-geförderten Forschungsprojekt „MemDense - Cellular control of membrane protein crowding“ möchten die Wissenschaftler nun untersuchen, wie ein Ungleichgewicht von Proteinen und Lipiden in der Zelle entsteht und chronischen Zellstress auslösen kann. Denn die Wissenschaftler haben einen Teufelskreis erkannt, der eigentlich keinen Sinn ergibt. Sie haben im Labor Hefezellen mit gesättigten Fettsäuren regelrecht überflutet. Die Reaktion auf dieses massive Ungleichgewicht ist die Stressantwort der Zelle, die eigentlich versuchen sollte, das Gleichgewicht von Membranfetten und Proteinen wieder herzustellen. „Stattdessen produziert die Zelle jedoch noch mehr Membranfette, wodurch das Ungleichgewicht weiter verstärkt wird und chronischer Zellstress entsteht“, erklärt Robert Ernst. Auf Dauer ist kann das zum Zelltod führen und letzten Endes sogar in einer chronischen Krankheit münden, vermuten die Forscher. Diese scheinbar unsinnige Rekation – durch Zellstress entsteht noch mehr Zellstress – liegt darin, dass die Natur es schlicht nicht vorgesehen hat, dass Zellen derart ins Ungleichgewicht gebracht werden. Robert Ernst erklärt es augenzwinkernd so: „In der Evolution ist die Ernährung mit Frittenfett nicht gerade eingeplant.“

Findet sein Team heraus, wie das Gleichgewicht von Membranfetten und Proteinen an der Zellmembran reguliert und gesteuert wird, könnten die Forschungsergebnisse wichtige Impulse dafür geben, um die so genannten Zivilisationskrankheiten wie Diabetes besser therapierbar zu machen.

Der Weg von der Grundlagenforschung, wie Robert Ernst sie betreibt, hin zur tatsächlichen klinischen Anwendung ist allerdings sehr weit. Aber, um es im Jargon der Anti-Stress-Branche zu sagen, auch der längste Weg beginnt mit einem ersten kleinen Schritt – am besten ohne Stress.

Kontakt:
Prof. Dr. Robert Ernst
Tel.: (06841) 16 47875
E-Mail: robert.ernst(at)uks.eu

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Freitag, 11. Januar 2019

Kinder-UNI: Vorlesung von Prof. Ernst zum Thema: Was Körperzellen sind und wie sie funktionieren

 

                              (FOTO: IRIS Maria Maurer)

                           Professor Robert Ernst erklärte seinen 700 Nachwuchsstudenten, was Körperzellen sind und wie sie funktionieren.

  __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
 
Donnerstag, 20. Dezember 2018

Welche Rolle spielt Kalzium bei Multipler Sklerose? DFG-Forschergruppe sucht Antworten

  __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Montag, 10. Dezember 2018

DFG fördert 13 Lichtmikroskope an Hochschulen

  __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
 
Montag, 26. November 2018

Sonderforschungsbereich zur Signalübertragung in Zellen geht mit 11 Millionen Euro in die dritte Förderperiode

  __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
 
Freitag, 18. Mai 2018

DFG fördert zwei Sonderforschungsbereiche der Saar-Uni erneut mit rund 14,6 Millionen Euro

 __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Freitag, 26. Januar 2018

Kein Sex ohne “Kiss”: Forscher entdecken Mechanismus, durch den das Gehirn Sexualverhalten steuert

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
 

Back to top