Institut für Anatomie und Zellbiologie Forschungs- und Promotionsthemen

Schädelmorphometrie (Prof. Dr. Th. Koppe)

Wir befassen uns mit der funktionellen Morphologie innerer Schädelstrukturen wie z.B. der Nasennebenhöhlen (NNH), deren eigentliche biologische Funktion immer noch umstritten ist. Dabei geht es u.a. darum, die Beziehungen der NNH zur Schädel-architektur unter Berücksichtigung von Wachstum und Adaptation zu analysieren. Die Ergebnisse sind für das Verständnis von klinisch auffälligen Variationen von Interesse und ermöglichen durch die Einbeziehung entsprechender Daten rezenter und fossiler Primaten Einblicke in die Evolution des menschlichen Schädels.

Volumen der Cavitas nasi Catarrhiner Primaten

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 ln Gesichtslänge (cm)

ln N

asen

höhl

envo

lum

en (c

m 3 )

Gorilla

Mensch

Pan troglodytes

Orang-Utan

M. fuscata M. cyclopis

M. fascicularis M. mulatta

Thema 4: Einfluss von mechanischer Dehnung auf Podozyten als Modell für glomerulären Bluthochdruck

Podozyten in vivo sind mechanischen Kräften ausgesetzt. Eine Erhöhung dieser mechanischen Kräfte wie z.B. beim Krankheitsbild der glomerulären Hypertension führt im Mensch zur Schädigung und zum Verlust von Podozyten. Wir konnten unter Verwendung von in vitro Modellen als Erste zeigen, dass Podozyten auf mechanische Dehnung reagieren und ihre Morphologie verändern.

Fragestellung: Welche Proteine wirken in den Podozyten mechanoprotektiv und verhindern somit das Ablösen der Podozyten durch mechanischen Stress?

Podozyten in vitro vor (links) und nach mechanischer Dehnung (rechts)

Podozyten in vivo (links: gesund; rechts: geschädigt)

Tangentiale Dehnung: 5 % Frequenz: 0,5 Hz

Air

Pres

sure

Schematische Darstellung unseres „Dehnungsapparates“

!  Welche Prozesse spielen bei Lern- und Gedächtnisvorgängen eine Rolle?

!  Welche Funktionen übernehmen dabei Neurotrophine und

Mitglieder der Renin-Angiotensin-Familie? !  Welche Veränderungen im Gehirn tragen zur mentalen

Retardierung bei? !  Was geschieht bei neurodegenerativen Erkrankungen (Morbus

Alzheimer oder Morbus Parkinson)?

Uns interessieren in diesem Zusammenhang folgende Fragen:

Neuronale Plastizität (Prof. Dr. O. von Bohlen und Halbach)

Neuronale Plastizität ist die Fähigkeit des Gehirns, seine strukturelle und funktionelle Organisation veränderten Bedingungen anzupassen. Die neuronale Plastizität wird als zelluläre Grundlage von Lern- und Gedächtnisprozessen angesehen.

C

Neuronale Plastizität kann die Neubildung von Neuronen („adulte Neurogenese“) bedingen (C), aber auch die Morphologie individueller Neurone beeinflussen (D).

Die Anpassungsreaktionen beim Lernen und der Gedächtnisbildung reichen von Veränderungen der Effektivität synaptischer Prozesse über die Ausbildung neuer Zellkontakte – und in einzelnen Fällen – bis hin zur Bildung neuer funktioneller Neurone (adulte Neurogenese) im Gehirn.

A

CA3100 µm

B

MRT-Scan eines Maushirns (A).

D

Hippocampale Neurone der CA3 Region (grün) die von CA2-Fasern (rot) kontaktiert werden (B)

Podozyten und glomeruläre Erkrankungen (Prof. Dr. N. Endlich & Prof. Dr. K. Endlich)

Podozyten des Glomerulus

Visualisierung der Zellkörper und Fortsätze von Podozyten in vivo mittels 2-Photonenmikroskopie (die transgene Zebrafischlarve exprimiert GFP in den Podozyten)

Thema 2: In vivo Untersuchungen zur Regeneration von Podozyten im Zebrafischmodell

!  Die Zebrafischlarve ist ein beliebter Modell-organismus in der Nierenforschung. Drei Tage nach der Befruchtung besitzen die Larven einen funktionierenden Glomerulus.

!  Durch Nutzung transgener Zebrafische oder gezielte Unterdrückung bestimmter Gene sind wir in der Lage, einen Podozytenschaden auszulösen und auf Medikamente zu screenen.

!  2-Photonen-Mikroskopie ermöglicht hoch-auflösende Beobachtungen in vivo. Dadurch können wir Veränderungen der Podozyten an der lebenden Zebrafischlarve in Echtzeit verfolgen.

Thema 1: Screening auf Substanzen für die Behandlung von Nierenerkrankungen mittels GlomAssay

Thema 3: Analyse von Podozyten mittels Superresolution-Mikroskopie (PEMP - Podocyte exact morphology measurement procedure)

Durch den Einsatz der Super-resolution-Mikroskopie SIM können Veränderungen der Podozytenmorphologie mittels PEMP erstmals quantifiziert werden. PEMP soll zur exakten Analyse von Podozytenmorpho-logie und Proteinen an Biopsien von Patienten als auch an Nieren von Mäusen verwendet werden.

Darstellung der Podozytenfuß-fortsätze mittels Synaptopodin-Färbung (grün)

Darstellung des Filtrations-schlitzes mittels Nephrin-Färbung (magenta)

10 % der Menschen weltweit und 17 % der Menschen in MV sind bereits an der Niere erkrankt und die Tendenz ist stetig steigend. Da es aktuell keine heilenden Medikamente dagegen gibt, bleibt den Patienten nur die Dialyse und Transplantation.

In 80 % der Nierenerkrankungen sind Podozyten dedifferenziert bzw. gehen sogar verloren. Mit Hilfe des patentierten GlomAssay sollen Substanzen identifiziert werden, die einen schützenden Einfluss auf die Podozyten ausüben bzw. dedifferenzierte und verloren gegangene Podozyten wieder regenerieren.