Molekulare Mechanismen der Muskeldifferenzierung

Im Mittelpunkt unserer Forschung steht die Frage, wie komplexe, supramolekulare Strukturen in Zellen aufgebaut und aufrechterhalten werden. Dies schließt die Untersuchung mehrerer grundlegender Aspekte ein:

• Welche Protein-Protein Wechselwirkungen sind die molekulare Basis für den Aufbau komplexer Strukturen?
• Welche Mechanismen sorgen für den Erhalt dieser Strukturen unter Stress?
• Welche Fehlsteuerungen sind an pathophysiologischen Prozessen beteiligt?

                                                    
Diese Fragen untersuchen wir primär am Beispiel der Myofibrille, dem für die Kontraktion der quergestreiften Muskelzellen verantwortlichen Organell. Lange Zeit wurde die Myofibrille lediglich als eine außerordentlich hochgeordnete und stabile Struktur aus dicken (Myosin-enthaltenden) und dünnen (Actin-enthaltenden) Filamenten betrachtet. Der extreme Ordnungsgrad kann allerdings nicht durch die Fähigkeit dieser Proteine alleine zum eigenständigen Zusammenbau in makromolekulare Gebilde erklärt werden. Vielmehr ist eine Reihe spezifischer Wechselwirkungen mit dem Zytoskelett und weiteren regulatorischen Komponenten notwendig, die räumlich und zeitlich streng kontrolliert werden müssen. Wir charakterisieren daher grundlegend Aktin- assoziierte Proteine, die an der Steuerung der Morphogenese der Myofibrillen beteiligt sind.

Der kontraktile Apparat der Muskelzellen steht aber auch ständig unter mechanischem Stress, der zur Entfaltung von Proteinen und in der Folge zur lokalen Schäden führt, bis hin zum Funktionsverlust ganzer Muskelfasern. Die Zellen müssen also über Schutzmechanismen verfügen, über die geschädigte Proteine entfernt und durch neue ersetzt werden. Die hierbei wirksamen Homöostase-Mechanismen weisen erstaunliche Ähnlichkeit zu Prozessen auf, die auch bei der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen eine bedeutende Rolle spielen. In Zusammenarbeit mit medizinischen Arbeitsgruppen versuchen wir, ausgehend vom Grundverständnis dieser Mechanismen, die Pathophysiologie muskulärer Erkrankungen zu verstehen, und zu neuen Therapieansätzen zu kommen.