Overview of research projects

Project Details:
Durch die Entwicklung neuester Sequenziertechniken ist es nun zum ersten Mal möglich, Artbildung nicht nur auf der Basis einzelner Gene, sondern auch auf der Ebene des gesamten Genoms bzw. Transkriptoms zu untersuchen. Diese unter dem Begriff "adapation genomics"" zusammengefasste Forschungsrichtung stellt einen ganz neuen und fundamentalen Ansatz in der modernen molekularen Ökologie dar und ermöglicht es, Gene, die direkt in Artbildungprozesse involviert sind erstmalig auch in natürlichen Populationen zu identifizieren. Am Beispiel des in unserer Arbeitsgruppe entdeckten Artkomplexes dreier kryptischer Libellenarten sollen im Rahmen dieses Projektes die Mechanismen, die hinter dieser (besonderen) Artbildung liegen untersucht werden. Durch die Einbeziehung von aquatischen sowie terrestrischen Entwicklungsstadien sollen Gene identifiziert werden, welche innerhalb des Trennungsprozess direkt oder indirekt beteiligt sind. Dieses ermöglicht erstmalig einen tieferen Einblick in die Artbildung bei Libellen im Allgemeinen und bei kryptischen Arten im Besonderen."

Funding: #

Project Details:
Die durch den BeAn-Stamm des Theilervirus (TMEV) bei empfänglichen Mäusestämmen ausgelöste demyelinisierende Theilervirus-Enzephalomyelitis (TME) ist ein bedeutendes Modell für die humane Multiple Sklerose. Hierbei ist insbesondere die chronische progressive Demyelinisierung mit fehlender bzw. unvollständiger und erst spät einsetzende Remyelinisierung ein charakteristischer pathomorphologischer Befund sowohl bei den chronisch progressiven Verlaufsformen der MS als auch der TME. Eigene Untersuchungen des Transkriptoms bei der TME mittels Mikroarrays zeigten eine enge Assoziation zwischen der Herabregulierung der mRNS zahlreicher an der Cholesterobiosynthese beteiligter Gene und der chronisch progressiven Entmarkung. Cholesterol ist ein quantitativ und qualitiativ wichtiger Bestandteil der Myelinscheiden und die Cholesterobiosynthese stellt einen geschwindigkeitsbestimmenden Schritt im Rahmen der Myelinsynthese dar. Ausgehend von der Arbeitshypothese, dass es durch eine Inhibition der Cholesterolbiosynthese durch transkriptionelle Steuermechanismen zu einer Unterdrückung der endogenen Remyelinisierung und damit chronischen Demyelinisierung bei der TME kommt, stehen folgende Aspekte im Vordergrund des vorgesehenen Forschungsprojekts: (i) Quantitative Analyse der Lipid- und Proteinkomponenten der Myelin-scheiden bei der TME unter besonderer Berücksichtigung von Cholesterol, (ii) Untersuchung, inwieweit eine cholesterolreiche Fütterung die endogene Remyelinisierungskapazität bei der TME beeinflussen kann. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob die Cholesterolbiosynthese ein mögliches Ziel für die Entwicklung einer die Remyelinisierung fördernden Therapie zur Behandlung von Entmarkungserkrankungen von Mensch und Tier ist.

Cooperation Partners:

Zentrum für systemische Neurowissenschaften, Hannover

Project Details:
Trotz ihrer einfachen Morphologie zeigt die Genetik der Placozoa eine überraschende
Komplexität. Sein Genom kodiert für diverse Signal- Gene und Transkriptionsfaktoren, die eng im Zusammenhang mit Vorgängen in komplexeren Tieren stehen. Jüngsten Genom-Analysen zufolge spiegelt das Trichoplax Genom die ursprünglichsten genetischen Bedingungen überhaupt wider. Ziel dieses Projektes ist es Gene, die eine Rolle in der Kontrolle des Zellzyklus in "höheren Tieren"" spielen, in Placozoen nachzuweisen und zu charakterisieren, um ihre Funktion in basalen Metazoen zu klären. Untersuchungen an diesen grundlegenden Mechanismen in einfachen Vielzellern werden helfen, die Evolution dieser komplexen Vorgänge zu verstehen und dazu beitragen, Placozoen als einfachen einfachen Modellorganismus für die Krebsforschung zu etablieren. "

Cooperation Partners:

Dr. Eduardo Moreno, Institut für Zellbiologie, Universität Bern

Project Details:
Das Projekt befasst sich mit der klinischen Ganganalyse beim Hund und der Untersuchung wie sich die Gewichtsverteilung nach Amputation einer Gliedmaße beim Patienten verändert. Parallel zur Ganganalyse werden MRT-Untersuchungen der Gelenke der kontralateralen Gliedmaße durchgeführt, um das Auftreten von Veränderungen in den vermehrt belasteten Gelenken zu untersuchen. Hierfür werden zum Einen Untersuchungen an Patienten, bei denen z.B. auf Grund von Osteosarkomen eine Gliedmaße amputiert werden muss, durchgeführt. Zum Anderen wird am Beispiel des Beagles ein Amputationsmodell entwickelt, indem den Beaglen eine Gliedmaße hochgebunden wird und somit eine Amputation simuliert werden kann.

Project Details:
Das protocadherin liver kidney colon (PLKC, CDHR2) ist ein Mitglied der Super-Familie der Cadherine und besitzt Eigenschaften eines Tumor-Suppressors, indem es Kontakt-Inhibition der Zell-Proliferation induziert. Weder der Mechanismus dieser Inhibition noch die physiologische Rolle dieses Proteins in den Geweben, in denen Expression nachgewiesen wurde, konnten bislang aufgeklärt werden.

Beide Fragestellungen werden mittels molekularbiologischen,
proteinbiochemischen und zellbiologischen Untersuchungen erarbeitet.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Marwan El-Sabban, Medical Faculty, American University of Beirut, Libanon;

PD Dr. Wilfried Kues, FLI, Mariensee

Project Details:
I. Ziel
Die intraläsionale Injektion von autologen kultivierten mesenchymalen stromalen Zellen aus Fettgewebe (AT-MSCs) stellt eine vielversprechende Behandlungsmöglichkeit zur Behandlung von equinen Tendopathien dar. Der Verbleib der Zellen nach Applikation ist jedoch bislang ungeklärt. Zudem liegen bisher keine Langzeitergebnisse hinsichtlich der Qualität des Ersatzgewebes für diese Behandlungsmethode vor.

II. Methodik
Bei 12 Versuchspferden werden mit Hilfe einer Knorpelfräse aus der arthroskopischen Chirurgie künstliche Defekte der oberflächlichen Beugesehne erzeugt (Az 33.9-42502-04-08/1622). Es erfolgt eine intraläsionale Behandlung der Defekte mit autologen kultivierten mesenchymalen stromalen Zellen aus Unterhautfettgewebe, die zuvor mit GFP (green fluorescent protein) bzw. mit Eisenpartikeln markiert wurden, oder mit einem Plazebo. Der Verbleib und die Verteilung der Zellen wird zunächst in vivo mittels magnetresonaztomographischer Untersuchungen überprüft und nach zeitversetzter Einschläferung der Pferde am Präparat nachvollzogen. Zudem erfolgen biochemische, molekularbiologische und biomechanische Untersuchungen des Sehnengewebes, um die Qualität des im Rahmen der Sehnenheilung entstandeen Ersatzgewebes zu überprüfen.

Results:

Conze, P., van Schie, H.T.M., van Weeren, R., Staszyk, C., Conrad, S., Skutella, T., Hopster, K., Rohn. K., Stadler, P., Geburek, F. Effect of autologous adipose tissue-derived mesenchymal stem cells on neovascularization of artificial equine tendon lesions. Regen. Med. 2014, 9 (6): 743-757.

 

Geburek, F., Mundle K., Conrad, S., Hellige, M., Walliser, U., van Schie, H.T.M., van Weeren, R., Skutella, T., Stadler, P. Tracking of autologous adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells with in vivo magnetic resonance imaging and histology after intralesional treatment of artificial equine tendon lesions - a pilot study. Stem Cell Res. Ther. 2016, 1. Feb.; 7: 21.

 

https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-016-0281-8

 

Geburek, F., Roggel, F., van Schie, H. T. M., Beineke A., Estrada, R., Weber, K., Hellige, M., Rohn, K., Jagodzinski, M., Welke, B., Hurschler, C., Conrad, S., Skutella, T., van de Lest, C., van Weeren, R., Stadler, P. M. Effect of single intralesional treatment of surgically induced equine superficial digital flexor tendon core lesions with adipose-derived mesenchymal stromal cells (AT-MSCs) - a controlled experimental trial. Stem Cell Res. Ther. 2017, 5. Juni; 8 (1): 129.

 

https://link.springer.com/content/pdf/10.1186/s13287-017-0564-8.pdf

Cooperation Partners:

Prof. Dr. T. Skutella, Institut für Anatomie und Zellbiologie, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg;

Prof. Dr. R. van Weeren, Universität Utrecht, NL;

Prof. Dr. H.T. van Schie, Universität Utrecht, NL;

Dr. U. Walliser, Pferdeklinik Kirchheim

Funding: #

Project Details:
Die durch den BeAn-Stamm des Theilervirus (TMEV) bei empfänglichen Mäusestämmen ausgelöste demyelinisierende Theilervirus-Enzephalomyelitis (TME) ist ein bedeutendes Modell für die humane Multiple Sklerose. Die astrozytäre Narbenbildung und eine fehlende bzw. unvollständige und erst spät einsetzende Remyelinisierung stellen neben der Demyelinisierung einen klassischen pathomorphologischen Befund bei chronisch progressiven Verlaufsformen der MS und der TME dar. Eigene Untersuchungen des Transkriptoms bei der TME mittels Mikroarrays zeigten eine Aufregulation der mRNS zahlreicher an den Janus Kinase (JAK)/ Der Signal transducer and activator of transcription (STAT)-Signalwegen beteiligter Gene. Der STAT3-Signalweg induziert im Rahmen der physiologischen embryologischen Entwicklung glialer Vorläuferzellen eine Proliferation und astrozytäre Differenzierungsrich-tung. Ausgehend von der Arbeitshypothese, dass es durch eine Zytokin- oder Wachstumsfak-tor-vermittelte Aktivierung des STAT3-Signalweges zu der astrozytären Narbenbildung und gleichzeitigen Unterdrückung der endogenen Remyelinisierung bei der TME kommt, stehen folgende Aspekte im Vordergrund des vorgesehenen Forschungsprojekts: (i) Identifikation des zellulären Ursprungs des STAT3-Signals bei der TME unter besonderer Berücksichtigung der Astrozyten, (ii) Untersuchung, inwieweit eine Aktivierung des STAT3-Signalwegs eine astrozytäre Differenzierung von oligodendroglialen Vorläuferzellen (OPCs) in vitro begüns-tigt. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob der STAT3-Signalweg ein mögliches Ziel für die Ent-wicklung einer Astrogliose-inhibierenden und die Remyelinisierung fördernden Therapie zur Behandlung von Entmarkungserkrankungen von Mensch und Tier ist.

Cooperation Partners:

Zentrum für systemische Neurowissenschaften, Hannover

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Project Details:
Die demyelinisierende Leukoenzephalitis ist die häufigste nervöse Manifestationsform der Hundestaupe und stellt eine schwer therapierbare Erkrankung in der Veterinärmedizin dar. In der Frühphase werden hierfür Virus-induzierte und nachfolgend immunpathologische Prozes-se für die Entmarkung im ZNS der betroffenen Tiere verantwortlich gemacht. Eine vergleich-bare Pathogenese liegt bei der Theilerschen murinen Enzephalomyelitis (TME)-Virus-Infektion der Maus vor. Die experimentelle TME der Maus ermöglicht somit die Hypothesen-gestützte Untersuchung der Fragestellung, ob eine Dysfunktion von regulatorischen T-Zellen (Treg) und eine Apoptoseresistenz von Leukozyten bei chronischen Virusinfektionen zu an-haltenden Entzündungsreaktionen mit Demyelinisierung beitragen. Hierzu wird die Vertei-lung von Treg und assoziierte Immunzell-Infiltrationen sowie deren Zytokin- und Toll-like-Rezeptor-Expression und Apoptose-Induktion bei der experimentellen TME und spontan auf-getretenen Hundestaupe mittels Immunhistologie und molekularbiologischen Methoden ver-gleichend analysiert. Weiterhin soll der Einfluss von Gliazellen auf die Immunmodulation und Apoptose von Leukozyten in In vitro-Experimenten näher charakterisiert werden. Die geplante Studie stellt einen innovativen Untersuchungsansatz zur Pathogeneseforschung der Staupeenzephalitis dar. Weiterhin bilden die Ergebnisse möglicherweise eine Grundlage für immunmodulatorische Therapieansätze bei der chronischen kaninen Staupeenzephalitis sowie anderen immunpathologischen ZNS-Erkrankungen.

Funding: DAAD , 50.000 EUR

Project Details:
Lysosomal storage disorders are a heterogeneous group of more than 50 distinct inborn metabolic diseases affecting about 1 in 5000 to 7000 live births. The diseases often result from mutations followed by functional deficiencies of enzymes or transporters within the acidic environment of the lysosome, which mediate the degradation of a wide subset of substrates, including glycosphingolipids, glycosaminoglycans, cholesterol, glycogen, oligosaccharides, peptides and glycoproteins, or the export of the respective degradation products from the lysosomes. The progressive accumulation of uncleaved substrates occurs in multiple organs and finally causes a broad spectrum of different pathologies including visceral, neurological, skeletal and hematologic manifestations. Besides deficient lysosomal enzymes and transporters other defects may lead to lysosomal storage disorders, including activator defects, membrane defects or defects in modifier proteins. Our research focusses on two different lysosomal storage disorders: Niemann-Pick type C, and Fabry disease. Niemann-Pick Type C disease (NPC) is characterized by a defect in the trafficking of endocytosed cholesterol with sequestration of unesterified cholesterol in lysosomes and late endosomes, due to an autosomal recessive mutation in one or both of the genes NPC1 and NPC2. Other lipids also accumulate with variation between different tissues. The second disease analysed is Morbus Fabry, a lysosomal storage disease caused by an inherited deficiency of the lysosomal enzyme α-galactosidase A (GAA), which facilitates the first step of glycosphingolipid degradation. The consequence of GAA dysfunction is the accumulation of glycosphingolipids, especially globotriaosylceramid (GB3), in blood vesicles as a preliminary step and furthermore in the lysosomes of different organs.
Our work emphasizes the potential implications of membrane trafficking defects on the pathology of these diseases, as many mutations interfere with correct lysosomal protein trafficking and alter cellular lipid homeostasis. Unraveling of these pathogenetic mechanisms constitutes an essential step towards designing therapeutic strategies, such as substrate reduction therapy as well as pharmacological chaperone therapy which directly aim to improve folding and lysosomal transport of misfolded mutant proteins.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Anibh Das, Leiter Pädiatrische Stoffwechselmedizin, Kinderklinik der MHH, Pädiatrie II, Carl-Neuberg Str. 1, 30625 Hannover

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Project Details:
Traumatische Rückenmarkschäden durch Bandscheibenvorfälle sind eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen beim Hund. Trotz Fortschritten in Diagnostik und Therapie ist die Behandlung in vielen Fällen schwierig. <em>In vivo</em>-Studien am Nagermodell zeigen, dass trans-plantierte Schwann-Zellen und olfaktorische Hüllzellen (olfactory ensheathing cells, OECs) axonales Wachstum und Remyelinisierung <em>in vivo</em> fördern. Unklar ist, ob kanine transplantierte Gliazellen ähnliche in vivo-Effekte vermitteln, und ob das kanine Rückenmark Nager-ähnliche degenerative Prozesse aufweist. Aufgrund fehlender Vergleichsstudien ist selbst am Nagermodell nicht geklärt, welcher der beiden Zelltypen das größere regenerative Potential besitzt, und inwieweit OECs der Riechschleimhaut als der klinisch zugänglichsten Quelle den Zellen des Bulbus vergleichbare Effekte vermitteln. In diesem Projekt wird zunächst die Degeneration, Regeneration und Reparation des adulten kaninen Rückenmarkes nach Verletzung detailliert morphologisch und molekular unter Berücksichtung von Gliazellproliferation, Zytokin-, MMP-, TIMP-, HIF- und Epo-Expression sowie der extrazellulären Matrix in vivo charakterisiert. Dies soll dazu dienen ein für die Zelltransplantation beim Hund optimales Zeitfenster zu definieren. Parallel dazu werden OECs des Bulbus olfactorius und der Riech-schleimhaut sowie Schwann-Zellen des Nervus fibularis kultiviert und erstmalig vergleichend die Eigenschaften von OECs und Schwann-Zellen bezüglich Proliferation, Antigenexpression und Neuritenwachstumsfördernder Aktivität in vitro und in vivo nach Transplantation in das verletzte Rückenmark der Ratte (Kooperation mit AG 5) bestimmt. Mit der Analyse des "Empfänger""-Gewebes Rückenmark und des ""Spender""-Gewebes Glialzelle werden nicht nur bislang am Nagermodell erhobene Daten auf den Hund übertragen, sondern innovativ die Grundlage für die autologe Transplantation beim Hund gelegt. "