Forschungsbereich Metalloglykobiologie
Die Metalloglykobiologie befasst sich mit der Erforschung der Rolle von Spurenelementen für das Glycome.
Das humane Glycome umfasst alle (zellulären) Prozesse, die mit der Glykosylierung von Proteinen im Zusammenhang stehen und demnach das Spektrum aller Glykanstrukturen, sowie der Substrate, Enzyme, Proteine (und Chaperone), die an der Glykosylierung beteiligt sind. Unsere bisherigen Forschungsergebnisse deuten stark darauf hin, dass Spurenelemente, insbesondere Zink, hier eine Rolle spielen und von großer Wichtigkeit für die Bildung der intestinalen Mukusschicht sind. Ein Zinkmangel verändert die zelluläre Expression von Muzinen im Darm sowie deren O-Glykosylierung, was die Zusammensetzung dieser Barriere entscheidend beeinflusst und ist somit auch relevant für das Mikrobiom und das intestinale Immunsystem. Neue Ergebnisse zeigen, dass auch Selen einen Einfluss auf die Muzinsynthese zu haben scheint. Die Erforschung der zugrundeliegenden molekularen und regulatorischen Vorgänge, die im Fokus unserer Studie stehen, sind hoch relevant, da eine Zinkdefizienz das Infektionsrisiko erhöht, mit Durchfallerkrankungen assoziiert ist, die eine hohe Sterblichkeitsrate aufweisen und derzeit etwa eine Milliarde Menschen weltweit betrifft.
Glykosylierung stellt eine wichtige Modifikation von Proteinen dar, spielt bei vielen biologischen Prozessen eine entscheidende Rolle und wird als Biomarker für verschiedene Krankheiten, wie Krebs, angewandt. Eine Aufklärung von möglichen Veränderungen dieser Prozesse erfordert also umfassende Screenings des humanen Glycomes. Mit unserer Forschung wollen wir dazu beitragen, weitere Zink-abhängige Targets im humanen Glycome zu identifizieren und zu charakterisieren und den Zusammenhang mit pathologischen Prozessen wie inflammatorischen Erkrankungen aufzuklären. Die Beeinflussung der Glykosylierung durch Zink und Selen, ist nicht nur für alle Arten von Schleimhäuten (Magen-Darm-Trakt, Lunge/Atemwege, Augen, Gebärmutterhals), und die Zusammensetzung des Mikrobioms wichtig, sondern auch für die Entwicklung von Diagnoseinstrumenten für Krankheiten.
Zur Erforschung der Metalloglykobiologie und Aufklärung der Rolle von Zink und Selen verwenden wir verschiedene in vitro und in vivo Modelle mit einer veränderten Spurenelementhomöostase und analysieren Muzine, Glycosyltransferasen und weitere Glycogene sowie die O-Glycan- und Monosaccharid-Zusammensetzung der (sekretierten) Muzine mit diversen Methoden: hierzu zählen molekularbiologische Methoden, Glycome- und Muzin-Imaging mit histologischer, immunochemischer und Lektin-basierter Detektion sowie MS-basierte Analysen der O-Glycan Komposition.
Projekte
- DFG MA 9681/1-1 - Molekulare Veränderungen der Zusammensetzung der intestinalen Mukusschicht bei Zinkmangel: (Sub)zelluläre Prozessierung und O-Glykosylierung von Muzinen
- Der Einfluss von Selen auf die intestinale Mukusbildung
- Essentielle Spurenelemente und das O-Glycome während Endometriose
Kooperationspartner*innen:
Prof. Dr. Catherine Robbe Masselot, Dr. Renaud Léonard (Department of Glycobiology, University of Lille, Frankreich)
Prof. Dr. Dorothee Günzel (Institut für Klinische Physiologie, Charité Berlin, Deutschland)
Prof. Dr. Albert Braeuning und Dr. Heike Sprenger (Fachgruppe Wirkungsbezogene Analytik und Toxikogenomics, Deutsches Institut für Risikobewertung)
Prof. Dr. Daren Knoell (Department of Pharmacy Practice and Science, University of Nebraska Medical Center, USA)
Dr. Renata Voltolini Velho, Prof. Dr. Sylvia Mechnser (Endometriosis Centre Charité, Charité Berlin, Deutschland)