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Institut für Vegetative Physiologie

Erregungs-Kontraktions-Kopplung in der Herz- und Skelettmuskulatur, Prof. Papadopoulos und Mitarbeiter

Zahlreiche Erkrankungen des Herzens sowie des Skelettmuskels lassen sich auf Mutationen oder auf Fehlregulation der beiden Kalziumkanäle Ryanodinrezeptor (RyR) und Dihydropyridinrezeptor (DHPR) zurückführen. Wir untersuchen die Struktur und das funktionelle Zusammenspiel dieser Kanalproteine im Rahmen der elektromechanischen Kopplung in Herz- und Skelettmuskel. 

Entwicklungs- und altersabhängige Regulation des Tonus von Hirngefäßen und viszeralen glatten Muskeln, Prof. Dr. Gabriele Pfitzer und Mitarbeiter

Die glatten Muskelzellen kleiden die Wände der Blutgefäße und der meisten Hohlorgane aus. Störungen ihrer Kontraktilität können u.a. zu Hypertonus, beeinträchtigter Durchblutung des Gehirns, Bronchialasthma und vorzeitigen Wehen führen. Der Tonus der glatten Muskulatur wird primär durch die Phosphorylierung des Myosins reguliert. Modulierend greifen Aktinfilament-basierte Prozesse in die Regulation des Tonus ein, wobei die Bedeutung dieser Prozesse nicht geklärt ist. Die Tonusregulation ändert sich im Laufe der Ontogenese und unter pathologischen Bedingungen, wobei sich auch der Phänotyp der glatten Muskelzellen ändert. Mittels verschiedener gen-modifizierter Mausmodelle, biophysikalischen, molekuarbiologischen, biochemischen und immunhistochemischen Methoden untersuchen die Signalmechanismen, die die Kontraktilität von Blutgefäßen des Gehirns und des der glatten Muskulatur des Gastrointestinaltrakts während der Fötal und Neonatalperiode und im Alter regulieren. 

Einfluss von familiären Kardiomyopathien und angeborenen Herzfehlern auf die Biomechanik des Sarkomers, PD Dr. Robert Stehle, Prof. Dr. Gabriele Pfitzer und Mitarbeiter

Die kontraktilen Strukturen der Herzmuskelzelle sind die Myofibrillen, die aus vielen Sarkomeren, den kleinsten kontraktilen Einheiten, aufgebaut werden. Neuere Erkenntnisse haben gezeigt, dass für die Kontraktilität des Herzens und die Dynamik der Pumpfunktion vor allem sarkomerische Prozesse verantwortlich sind, während der Anstieg und Abfall der zytosolischen Ca2+-Konzentration in der Herzmuskelzelle der Trigger für die systolische Kontraktion und diastolische Relaxation des Herzens sind.

Mit spezialisierten Methoden untersuchen wir an subzellulären Myofibrillenbündel wie die passive Steifigkeit, die Ca2+-Regulation der Kraftentwicklung und die Kinetik der Kontraktion und Relaxation durch Mutationen von Proteinen des Sarkomers, die für familiäre Kardiomyopathien verantwortlich sind, beeinflusst wird. Weiter untersuchen wir, wie sich die veränderte Hämodynamik bei angeborenen Herzfehlern auf das Proteom und die Biomechanik des Sarkomers auswirkt. 

Strukturelle Organisation und mechanische Funktion intermyofibrillärer Proteine, PD Dr. Robert Stehle und Mitarbeiter

Plektin und Desmin verlinken die benachbarten einzelnen Myofibrillen in Kardiomyozyten und Skelettmuskelfasern zu parallel verlaufenden, geordneten Bündeln. Autosominal dominant vererbbare Mutationen in Plektin und Desmin führen zu Myofibrillärer Myopathie (MFM), einem durch muskuläre Desmin-positive Proteinaggregate, myofibrilläre Fehl­anordnung, Muskeldystrophie und Muskelschwäche gekennzeichneten Krankheitsbild. Anhand von Superresolution-Mikroskopie und kinetischen Kraftmessungen untersuchen wir an dünnen Myofibrillenbündeln die Architektur dieser Proteine und ihren Beitrag zur biomechanischen Muskelfunktion.

Molekulare Physiologie und Pathophysiologie der Mitochondrien und des Energiestoffwechsels, Prof. Dr. Rudolf J. Wiesner und Mitarbeiter

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Frage, wie Fehlfunktionen von Mitochondrien zu Krankheiten führen und generell zu den degenerativen Prozessen während des normalen Alterungsprozess beitragen. Mitochondrien enthalten eigene DNA-Moleküle, die daher in vielen Kopien in jeder Zelle vorkommen. Vererbte Mutationen der mtDNA oder im Laufe des Lebens erworbene Mutationen, verursacht durch Fehlfunktionen von Proteinen, die an der Replikation der mtDNA beteiligt sind, führen zu schweren neuromuskulären Erkrankungen. Solche Mutationen, vor allen Dingen große Deletionen, entstehen aber auch in zufälliger Verteilung im Verlaufe des Alterns in fast allen Organen. Dies führt zu einem Gewebemosaik mit wenigen Zellen mit mitochondrialem Defekt, die in normales Gewebe eingebettet sind. 

Wir untersuchen nun, ob und wie so ein Gewebemosaik die Funktion gerade derjenigen Organe beeinträchtigt, die auf ein geordnetes Zusammenspiel ihrer Zellen im Gewebeverband angewiesen sind, also vor allem Gehirn, Herz- und Skelettmuskulatur. 

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