Strahlenbiologie

Strahlenwirkung auf das Proteom Lipidom und die Aktivität von Zellen und Mitochondrien

Um die Wirkung von Strahlung auf die Physiologie der Zelle bis auf das molekulare Niveau besser zu verstehen und um auftretenden Schädigungen ggf. in Zukunft entgegenwirken zu können, werden an Zellkulturen und daraus isolierten Zellkomponenten Untersuchungen über Veränderungen des Proteoms und Lipidoms, sowie zellphysiologischer Aktivitätsparameter durchgeführt werden. Die Untersuchungen von biologischen Membranen und von Mitochondrien sind dabei von besonderem Interesse, da die Energiebereitstellung und Signaltransduktion durch sie erfolgen, aber auch zahlreiche Krankheiten (z.B. Morbus Alzheimer und Parkinson), sowie das Altern durch deren Fehlfunktionen ausgelöst werden.

Ziel der Untersuchungen ist der Nachweis, ob und durch welche Mechanismen strahleninduzierte Veränderungen im Proteom, im Lipidom, im oxidativen Status und in der Aktivität von Zellen und Mitochondrien auftreten und wie diese durch O2, CO2 und Sauerstoffradikale beeinflusst werden. Differenzierung zwischen der direkten Einwirkung der Strahlung auf Proteine und Lipide einerseits und andererseits deren sekundären Veränderungen nach Schädigung der Nukleinsäuren im Zellkern bzw. in den Mitochondrien. Direkte Aussagen auf Protein- und Membranebene zum Mechanismus der Strahlenwirkung auf Tumorzellen werden so erhalten.

Humane Fibroblasten und spontan immortalisierte Oligodendrozyten (OLN-93) aus Rattenhirn werden nach Exposition mit ionisierender Strahlung (Röntgenstrahlung und Kohlenstoffionen) mit analytischen und zellbiologischen Methoden charakterisiert, bzw. dienen der Isolation von Membranen und Mitochondrien. Quantifizierung der durch Strahlung induzierten Veränderungen der Protein-Quantität, der posttranslationalen Modifikationsmuster und von Protein-Protein Interaktionen mittels nativer 2D-Gelelektrophorese und Massenspektrometrie sowie der intrazellulären / mitochondrialen ROS-Konzentration. Analyse der physikalischen Membraneigenschaften durch Fluoreszenz-Anisotropie und Neutronenstreuung, Nachweis von Veränderungen in der Zusammensetzung der Lipidphase und dem Auftreten von Lipidmodifikationen mittels Dünnschichtchromatographie, HPLC und ESI-MS.

Die Charakterisierung verschiedener menschlicher Zellen nach Einwirkung ionisierender Strahlung erfolgte im Rahmen unseres BMBF-Projektes “Induktion und Transmission von genetischen Schäden nach Hoch-LET-Bestrahlung: In vivo und in vitro Untersuchungen“ in Zusammenarbeit mit Dr. S. Ritter und Dr. C. Fournier von der GSI-Darmstadt und wird seit 2011 fortgeführt im DFG geförderten Graduiertenkolleg.