Das Institut trägt durch seine Forschung zur Vertiefung unserer Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen des Lebens bei. Ein solches Verständnis ist Voraussetzung, um gezielt in zelluläre Prozesse, die Krankheiten zugrunde liegen, eingreifen zu können und stellt daher auch den Schwerpunkt in der Lehre dar.

Unsere Studien zellulärer Morphologie und Funktion erlauben durch Einsatz von Zell- und Tiermodellen wesentliche Einsichten in neuronale Netzwerkbildung, Informationsübertragung und Plastizität.

Prof. Dr. Britta Qualmann
Nonnenplan 2-4, 07743 Jena

Institut für Biochemie 1

Forschungsprojekte

Charakterisierung von physiologischen und pathophysiologischen N-Ank Proteinen in Membranformung und zellulärer Morphogenese

Projektleiterin: Prof. Dr. Britta Qualmann
DFG 2020-2023

Die umfassende Charakterisierung der molekular-mechanistischen Eigenschaften von bisher nur vorhergesagten Mitgliedern der N-Ank-Familie, einer neuen Klasse leistungsfähiger membranformender Proteine [Wolf et al., 2019], die mit verschiedenen menschlichen Krankheiten und Pathophysiologien in Verbindung gebracht wurden, und ihrer zellulären Rolle in Physiologie und Krankheit soll auf der einen Seite die Universalität des N-Ank-Moduls aufzeigen und zum anderen distinkte zelluläre Funktionen von N-Ank-Proteinen definieren und erklären.

Pressemitteilung

Analyse der Organisation und Dynamik inhibitorischer Neurotransmitterrezeptoren mittels high-end Mikroskopie

Projektleitung: Prof. Dr. Britta Qualmann in Kooperation mit Prof. Dr. Rainer Heintzmann (IPHT)
DFG (CRC/TR 166) 2015-2020

Die Regulation der Anzahl und Organisation von Glycin-Rezeptoren in Synapsen ist für die Effizienz und Kontrolle der neuronalen Erregbarkeit im Rückenmark essentiell. Im Projekt werden daher die Dynamik und Organisation von Glycin-Rezeptor-Clustern sowie die spezifische Rolle von Syndapin I im Rezeptortransport und in Rezeptor-Clustering bzw. –Organisation [Koch et al., 2020] unter Anwendung superauflösender Lichtmikroskopie [Tröger et al., 2020] analysiert.

Differentiell regulierte, dynamische Syndapin-Komplexe als Modulatoren von Membrantopologie und –transport

Projektleiterin: Prof. Dr. Britta Qualmann
DFG 2009-2021

Syndapine vernetzen und koordinieren cytoskelettale und Vesikelbildungsmaschinerien [Koch et al., 2020]. Diese Funktionen basieren auf Syndapin-Selbstassoziation und der Bildung von multivalenten, Syndapin-Interaktionspartner vernetzenden Überstrukturen, die mit Membranen assoziieren und zu deren Krümmung führen. Weitere Untersuchungen in vivo zeigen, dass diese Funktionen für Membrantransportprozesse und Zellmorphologiekontrolle kritisch sind.

Signalwege, die die Aktindynamik bei adaptiven Stressreaktionen im Gehirn steuern, die der neuronalen Plastizität zugrunde liegen

Projektleiterin: Prof. Dr. Britta Qualmann
DFG (GRK1715) 2012-2021

Ca²⁺-abhängige Komplexbildung des Aktinnukleators Cobl mit Calmodulin scheint einen wichtigen molekularen Mechanismus zur Verbindung von Signalprozessen mit Cytoskelett-vermittelten strukturellen und funktionellen adaptiven Reaktionen in Neuronen darzustellen. Unsere Studien sollen nun die exakten beteiligten Signalkaskaden und ihre zeitliche Koordination während adaptiver Stressantworten in der neuronalen Entwicklung, Differenzierung und Plastizität enthüllen.

Zeitliche und räumliche Analysen von Signalhinweisen in den Membranen postsynaptischer Spines während der synaptischen Plastizität

Projektleitung: PD Dr. Michael Kessels
DFG (GRK1715) 2018-2021

Ein tieferes Verständnis der synaptischen Plastizität erfordert Kenntnisse darüber, wie die subzellulären Signale und die Effektoren, die postsynaptische Adaptionen ausführen, zeitlich und räumlich gesteuert werden. Unser Hauptziel ist eine zeitliche und räumliche Analyse der Signalwege in den Membranen postsynaptischer Spines, die auf unterschiedliche dosis- und zeitabhängige Stimulationsparadigmen des Neurotransmitters und des Stressors Glutamats reagieren.

Selektives Targeting von Hepatozyten durch multifunktionale Blockcopolymer-Mizellen zur Wiederherstellung kritischer zellulärer Signalfunktionen

Projektleitung: Prof. Dr. Britta Qualmann in Kooperation mit Prof. Dr. Felix Schacher (FSU Jena) und Prof. Dr. Michael Bauer (KAI)
DFG (SFB 1278) 2017-2021

In diesem Projekt werden multifunktionale Kern-Schale-Corona Mizellen mit kontrollierbarer Größe, Ladung und Ladungsdichte hergestellt, die im Nachgang für den Zell-spezifischen Transport von siRNA in Hepatozyten genutzt werden können. Dadurch soll eine effiziente und Zell-spezifische Belieferung mit Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K-)γ Hemmern gelingen, was wiederum eine vielversprechende Strategie zur Prävention von Sepsis-bedingter hepatischer Dysfunktion darstellt.

Der Aktinnukleator Cordon-Bleu (Cobl) – Aufklärung von Regulationsmechanismen und zellulärer Funktion

Projektleitung: PD Dr. Michael Kessels
DFG 2011-2019

Die korrekte Ausbildung und Plastizität zellulärer Morphologie ist für alle Eukaryonten lebensnotwendig. Die erfolgreiche Erzeugung Cobl-defizienter Organismen erlaubt uns Einsichten in die Rolle dieses neuen Aktinnukleators für die Entwicklung, Differenzierung und Funktion von Zellen im intakten Organismus [Beer et al., 2020]. Diese Analysen zeigen eindrucksvoll, dass verschiedene Typen von ciliären Strukturen im Innenohr auf die Funktion des Aktinnukleators Cobl angewiesen sind.

Weitere Projekte

Hepatozyten-spezifisches Targeting von PI3-Kinase zur Prävention des septischen exkretorischen Leberversagens

Projektleitung: Prof. Dr. Britta Qualmann in Kooperation mit Prof. Dr. Michael Bauer (KAI)

BMBF (CSCC) 2015 – 2019
Die Funktion des Ca²⁺-regulierten Aktinnukleators Cobl in zellulärer Plastizität nach Schlaganfall

Projektleitung: Prof. Dr. Britta Qualmann in Kooperation mit Dr. Christiane Frahm (Klinik für Neurologie)

IZKF 2015-2022
Die Rolle von Proteinen mit einer Funktion in Membran- und Aktincytoskelettdynamik in altersabhängigen Beeinträchtigungen von neuronaler Plastizität und Regeneration

Projektleitung: Prof. Dr. Britta Qualmann

TMWWDG (ProExzellenz II RegenerAging) 10/2015 – 08/2020
Erprobung von neuartigen monolithischen Frittenmaterialien für die parallelisierte und automatisierte Hochdurchsatztrennung von Proteine, (Affinitätschromatographie)

Projektleitung: apl. Prof. Dr. Heidrun Rhode

TAB (Pro-Tip-Screening) 2018 – 2019
Molekulare Mechanismen der Ca2⁺/Calmodulin-vermittelten Kontrolle von Aktinzytoskelett-gesteuerten Neuromorphogenese-Prozessen, die durch den Aktinnukleator JMY vermittelt werden

Projektleitung: Dr. Maryam Izadi

IZKF Medical Scientist Programm 2019 – 2022

Publikationen

Wolf, D., Hofbrucker-MacKenzie, S. A., Izadi, M., Seemann, E., Steiniger, F., Schwintzer, L., Koch, D., Kessels, M. M., Qualmann, B. (2019). Ankyrin repeat-containing N-Ank proteins shape cellular membranes. Nat Cell Biol. 21, 1191-1205
Bocker, H.T., Heinrich, T., Liebmann, L., Hennings, J.C., Seemann, E., Gerth, M., Jakovčevski, I., Preobraschenski, J., Kessels, M.M., Westermann, M., Isbrandt, D., Jahn, R., Qualmann, B., Hübner, C.A. (2019). The Na⁺/H⁺ exchanger Nhe1 modulates network excitability via GABA release. Cortex 29, 4263-4276
Rhode, H., Muckova, P., Büchler, R., Wendler, S., Tautkus, B., Vogel, M., Moore, T., Grosskreutz, J., Klemm, A., Nabity, M. (2019). A next generation setup for pre-fractionation of non-denatured proteins reveals diverse albumin proteoforms each carrying several post-translational modifications. Sci. Rep. 9, 11733
Beer, A. J., González Delgado, J., Steiniger, F., Qualmann, B., Kessels, M. M. (2020).The actin nucleator Cobl organises the terminal web of enterocytes. Sci. Rep. 10, 11156
Beer, A. J., Hertz, D., Seemann, E., Beretta, M., Westermann, M., Bauer, R., Bauer, M., Kessels, M. M., Qualmann, B. (2020). Reduced Mrp2 surface availability as PI3Kγ-mediated hepatocytic dysfunction reflecting a hallmark of cholestasis in sepsis. Sci. Rep. 10, 13110
Kessels, M.M., Qualmann, B. (2020). The role of membrane-shaping BAR domain proteins in caveolar invagination: from mechanistic insights to pathophysiological consequences. Biochem. Soc. Trans. 48, 137-146
Koch, N., Koch, D., Krueger, S., Tröger, J., Sabanov, V., Ahmed, T., McMillan, L. E., Wolf, D., Montag, D., Kessels, M. M., Balschun, D., Qualmann, B. (2020). Syndapin I loss-of-function in mice leads to schizophrenia-like symptoms. Cereb. Cortex 30, 4306-4324
Langlhofer, G., Schaefer, N., Maric, H.M., Keramidas, A., Zhang, Y., Baumann, P., Blum, R., Breitinger, U., Strømgaard, K., Schlosser, A., Kessels, M.M., Koch, D., Qualmann, B., Breitinger, H.G., Lynch, J.W., Villmann, C. (2020). A novel glycine receptor variant with startle disease affects syndapin I and glycinergic inhibition. J. Neurosci. 40, 4954-4969
Tröger, J., Hoischen, C., Perner, B., Monajembashi, S., Barbotin, A., Löschberger, A., Eggeling, C., Kessels, M. M., Qualmann, B., Hemmerich, P. (2020). Comparison of multiscale imaging methods for brain research. Cells 9, 1377