Forschung

Forschungsschwerpunkt der AG Wenzel

Grundlagenforschung im Bereich der Alzheimer-Erkrankung

Die AG Wenzel beschäftigt sich vornehmlich mit dem Einfluss von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen und mittelkettigen Fettsäuren im Rahmen der Prävention der Alzheimer-Erkrankung.

Im Fokus der Laborarbeit steht Grundlagenforschung am Nematoden Caenorhabditis elegans als Modellorganismus. Der Alzheimer-Phänotyp einer verminderten Motilität wird im Nematoden durch transgene Expression humanen β-Amyloids, das im Menschen zur charakteristischen cerebralen Plaquebildung führt, erreicht. Erforscht werden molekulare Mechanismen der Prävention auf Ebene der mitochondrialen Homöostase, wie Fission, Fusion, Mitophagie und deren Einflüsse auf die zelluläre Energiegewinnung. Die Bedeutung einzelner an o. g. Prozessen beteiligter Gene wird mittels RNA-Interferenz zur Erzielung eines knockdowns evaluiert. Der Einfluss untersuchter Substanzen auf die β-Amyloid-Ablagerung wird fluoreszenzoptisch bestimmt.

Seit Kurzem beschäftigen wir uns in einem weiteren Projekt mit dem Einfluss verschiedener Pflanzenextrakte und deren Inhaltsstoffe auf die intestinale Integrität, die z. B. im Rahmen chronisch entzündlicher Darmerkrankungen oder der Zöliakie gestört ist. Als Marker für eine gestörte intestinale Barriere wird die Aufnahme eines Fluorescein-markierten Dextrans, das nur zwischen den Zellen aus dem Darmlumen austreten kann, in das Gewebe fluoreszenzmikroskopisch bewertet. Die Bedeutung zentraler Proteine für die Aufrechterhaltung der intestinalen Barriere wird wiederum mittels RNA-Interferenz bestimmt. Der Fokus liegt hierbei auf den Proteinen der Verschlusskontakte (Tight Junctions), den Claudinen und Occludinen, dem Transforming-Growth-Factor Signalweg, dem Toll-like-Rezeptor, der auf Bakterien anspricht, sowie dem davon stromabwärts gelegenen Tumor-Nekrose-Faktor α (TNFα) vewandten Protein, das entzündliche Prozesse veranlasst. 

Modellorganismus Caenorhabditis elegans (C. elegans)

Im Zentrum unserer Forschung steht der der Nematode (Fadenwurm) Caenorhabditis elegans (C. elegans) welcher von uns als Modellorganismus (ca. 1mm Länge) verwendet wird. 

Sein Genom (ca. 20470 Protein-codierende Gene) wurde als erster multizelluläre Organismus vollständig sequenziert und weist viele Homologe zu humanen Genen auf, die mit Krankheiten assoziiert werden. Die Gene können darüber hinaus mittels gängiger Methoden wie CRISPR/Cas9 verändert werden, wobei durch die vorwiegend hermaphrodite Lebensweise homozygote Mutationen über Generationen konserviert werden. Daneben ist C. elegans ein transparenter eutelischer Organismus, welcher bei Hermaphroditen aus genau 959 somatischen Zellen besteht, von denen 302 Neurone sind, die neben den gängigen Neurotransmitter Acetylcholin, Glutamat und GABA auch biogene Amine (Dopamin, Serotonin, Octapamin und Tyramin) synthetisieren.

Auf behavioraler Ebene ist es möglich chemosensible Konditionierungseffekte, Motilitäts- und Viabilitätsanalysen bei C. elegans durchzuführen, welche durch die schnelle Generationsfolge und einfache Kultivierung in hohem Umfang möglich sind. Darüber hinaus sind die Nematoden über ihre komplette Lebensspanne transparent und somit gut zugänglich für fluoreszenzoptische Methoden. Durch die einfache Durchführung der RNA-Interferenz (RNAi) über die Fütterung von Bakterien (E. coli) und der Verfügbarkeit von umfangreichen RNAi-Bibliotheken für C. elegans  (knock-down) sowie durch die Verpaarung mit gendefizienten Stämmen (knock-out), können Signalwege in den Modellen effektiv modifizieren werden, um ihre Interaktion mit bestimmten Testsubstanzen zu untersuchen. Homöostatische Belastung kann in diesem Modell durch verschiedene Stressoren erzeugt werden, z.B. Hitzestress oder Nahrungsmangel, was zu den typischen zellulären Stressantworten führt (u.A. Heat-shock Protein Expression).

Unser Labor: 

In unseren Laboren der AG Wenzel im Interdisziplinären Forschungszentrum der JLU (Naturwissenschaftlicher Campus Seltersberg) haben wir eine umfangreiche Ausstattung und Geräte für die Phänotypisierung, biochemische und molekulare Analyse der C. elegans Modelle. Daneben verfügen wir über eine Standard-Bibliothek an RNAi E. coli Klone für über 13000 Gene, mit der wir gezielt einzelne Genexpressionen herunterregulieren können (gene-silencing mittels RNAi). Details zu unseren Laboren der Gentechnikanlage finden Sie hier >>>.

Unterarbeitsgruppe Beis: Grundlagenforschung im Bereich des menschlichen Ernährungsverhaltens

Neben dem Bereich der molekularen Grundlagenforschung laufen seit 2020 Humanstudien zu verschiedenen Themen in unserer Arbeitsgruppe. Für weitere Informationen siehe hier >>>