NewsForschung & Entwicklung

Naturwissenschaftliche Grundlagenforschung auf Zellebene

FWF-Projekt „Zelloberflächen-Cluster von MHC-Klasse I-Molekülen“

Das Forschungsteam um Dr. Peter Lanzerstorfer setzt die Zwei-Hybrid-Antikörper-Mikropattern-Technik ein, um die Bildung von Zelloberflächen-Cluster sogenannter MHC-Klasse I-Moleküle zu untersuchen und so Aufschluss über deren biologischen und physiologischen Funktion zu erhalten.

MHC-Klasse I-Proteine, kurz MHC-Proteine, übernehmen eine wichtige Rolle in der zellulären Immunabwehr. Sie sind an der Oberfläche fast aller Säugetierzellen zu finden und ermöglichen die Erkennung und Eliminierung von intrazellulären Bakterien, Viren aber auch Tumoren. Sie interagieren über Antigenpräsentation mit körpereigenen, zytotoxischen T-Killer-Zellen. Auf diesem Wege werden körperfremde Proteine (Antigene) gebunden, aufgespürt und eliminiert. Der Aufbau von MHC-Proteinen entspricht dabei einem nicht-kovalenten Proteinkomplex, bestehend auf drei Untereinheiten (Trimer): einer schweren Kette (heavy chain, HC), die an der Zellmembran verankert ist, einer kleineren löslichen Untereinheit, dem Beta-2-Mikroglobulin (β2m), und einem antigenen Peptid. Wie Untersuchungen zeigten, löst sich letzteres unter physiologischen Bedingungen nach einigen Stunden bis Tagen vom Trimer und lässt ein „leeres“ Dimer aus HC und β2m zurück. Innerhalb weniger Minuten dissoziiert auch das β2m und die „freie“ heavy chain (FHC) bleibt zurück.

Was dem Forschungsteam um Peter Lanzerstorfer in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Sebastian Springer (Jacobs University Bremen) kürzlich gelang, ist der Nachweis von FHC-Clustern an der Zelloberfläche, also Anhäufungen ohne Beta-2-Mikroglobulin und Peptid, die miteinander interagieren. Im Rahmen eines FWF-DFG Joint-Projekts, das mit Jänner 2021 startete, widmet man sich nun der systematischen Untersuchung solcher Peptid-freien MHC-Moleküle an der Zelloberfläche. Hierbei soll geklärt werden, welche MHC-Allotypen der Bildung solcher FHC-Cluster unterliegen. Auch die räumliche Ausbildung und zugrundeliegende Dynamik soll methodisch erforscht werden. Nicht zuletzt wird auch den biologischen und physiologischen Funktionen von FHC-Clustern nachgegangen.

Zur Antwortfindung bedient sich das Forschungsteam unterschiedlicher methodischer Ansätze. Mittels adaptiertem Zwei-Hybrid-Antikörper-Micropattern Assay können die FHC-Cluster an der Zelloberfläche aufgespürt und erste Eindrücke von der Interaktionsdynamik gewonnen werden. In-silico-Modelle und Röntgenkristallographie geben zusätzlich die räumliche Ausbildung der Cluster wieder. Informationen über die Größe, Dynamik und Affinität der Cluster werden durch den Einsatz von Einzelmolekülspektroskopie gewonnen. Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass die alpha3-Domäne der FHC für die Wechselwirkung ausreichend ist. Weiters scheinen FHC-Cluster von temporärer Natur zu sein, hauptsächlich aus Protein-Dimeren zu bestehen und für eine effiziente Endozytose von MHC-Proteinen verantwortlich zu sein. Auch mögliche Funktionen bei der Übermittlung von Stress-Signalen an andere Immunzellen werden diskutiert, konnten aber bislang nicht nachgewiesen werden.

Das Projekt ist am FH OÖ Campus Wels angesiedelt und wird in Kooperation mit der Jacobs University Bremen umgesetzt.

Fragen zum Projekt?
Projektleiter: Dr. techn. Peter Lanzerstorfer BSc MSc
Kontakt: Peter.Lanzerstorfer@fh-wels.at

 

FWF-Projekt „Ökologie der Algen tropischer Gletscher und von Schneematsch“

Grundgedanke des im Februar 2021 unter der Leitung von Daniel Remias gestarteten, dreijährigen Projekts besteht darin, Überlebensmechanismen exotischer Mikroalgen aus kalten Lebensräumen wie Schnee und Eis zu erforschen.

Zellen sind im Hochgebirge und in Polarregionen sind extremen Umweltbedingungen ausgesetzt. Um zu überleben, sind spezielle genetische und physiologische Anpassungen von Nöten. Die Aufklärung dieser Prozesse hilft zu verstehen, wie photosynthetisches Leben in extrem kalten Lebensräumen vonstattengeht. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Charakterisierung von zellulären „Anti-Stress“-Molekülen wie ungesättigte Fettsäuren, Schutzpigmenten oder Vitaminen. Schnee- und Gletschereisalgen speichern nämlich diese „gesunden“ Verbindungen in hohen Maßen. Diese Erkenntnisse können später auch von praktischer Bedeutung sein, denn Algeninhaltstoffe finden vielseitige Verwendung, u.a. in Nahrungsergänzungsmitteln, kosmetischen Produkten oder als Futterbeigabe in der Tierzucht.

Der Projektablauf gliedert sich in zwei große Teilbereiche. Der eine beinhaltet die Aufsammlung von bunten Massenblüten dieser Organismen im Zuge von wissenschaftlichen Expeditionen, der andere die Züchtung von Biomasse und Analyse von Inhaltsstoffen im Labor. Die Schwerpunkte liegen einerseits auf Goldgelbe-Algen aus Schneematsch in der Arktis (Spitzbergen) sowie auf Grünalgen von Gletschern in den Alpen und den Tropen von Kolumbien. Letztere befinden sich auf Seehöhen um 5000 m und sind in ihrer Existenz hochgradig gefährdet, wodurch sie in wenigen Jahrzehnen komplett abgetaut sein werden. Japanische Kooperationspartner haben herausgefunden, dass auf diesen isolierten, äquatornahen Eiskappen einzigartige Mikroalgen gedeihen, die es jetzt zu untersuchen gilt, bevor sie unwiederbringlich verloren sein werden.

Die methodischen Schwerpunkte an der FH OÖ Wels liegen in der Algen-Züchtung mittels Bioreaktoren, Extraktion von Inhaltstoffen, chromatographische Charakterisierung von Zellkomponenten und reger Publikationstätigkeit. Internationale Kooperationspartner in Tschechien, Japan und den USA kümmern sich um Aspekte wie Identifikation, Biodiversität, Genomsequenzierung und Transkriptomanalyse (welche Gene werden exprimiert).

Das FWF-Projekt ist in der Arbeitsgruppe Biosciences unter der Leitung von Prof. Manuel Selg angesiedelt.

Fragen zum Projekt?
Projektleitung: Dr.rer.nat. Daniel Remias
Kontakt: daniel.remias@fh-wels.at

Extreme Lebensbedingungen im Lebensraum Hochgebirge | Bildcredits: Daniel Remias/ FH OÖ

Naturphänomen: Die Alge Chlamydomonas nivalis bewirkt eine typische Rotfärbung des Schnees in Hochgebirgen und Polarregionen. | Bildcredits: Daniel Remias/ FH OÖ

Extraktion von Inhaltsstoffe am Research Center Wels | Bildcredits: Daniel Remias/ FH OÖ

Schematische Darstellung eines Zwei-Hybrid-Antikörper-Assays zur Untersuchung von MHC Klasse-I Molekül Cluster | Bildcredits: Peter Lanzerstorfer/FH OÖ

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