Helmholtz Allianz Systembiologie (Helmholtz Alliance)

Die Systembiologie vereinigt klassische experimentelle Ansätze mit bioinformatischen Methoden, um ein umfassendes Verständnis von meist sehr komplexen biologischen Prozessen zu erlangen. Ziel ist dabei die vereinfachte und generalisierte Beschreibung dieser Mechanismen, die darüber hinaus zu einer Identifizierung neuer regulatorischer zellulärer Prinzipien führen kann.

Innerhalb unseres von der Hemholtz Allianz für Systembiologie geförderten Projektes ”Vom Schadstoffmolekül zum Schicksal der Zelle: Modellentwicklung zur Systemquantifizierung und Prädiktion” beschäftigen wir uns mit dem Signaltransduktionsweg des Arylhydrocarbon Rezeptors (AhR). Dieser zytosolische Transkriptionsfaktor ist von besonderer umweltbezogener Relevanz, da er durch eine Vielzahl von Schadstoffen (bspw. TCDD, PCBs, PAHs) aktiviert werden kann. Es kommt zu einer komplexen zellulären Antwort, die im Fokus unserer Untersuchungen steht.
Unser Ziel ist ein zeitlich und räumlich aufgelöstes Modell der Ah-Rezeptor Signaltransduktion. Angefangen von dem Eintritt des Schadstoffes in die Zelle, bis zur zellulären Antwort auf Gen- und Proteinebene. Wir greifen dabei auf ein in vitro Modell aus murinen Leberzellen zurück, in welchem die Auswirkungen des Modellschadstoffs Benzo(a)pyren (klassisches PAH) untersucht werden. Die aus diesem Modellsystem gewonnenen Erkenntnisse und mathematischen Modelle können auf andere in vitro Systeme und Chemikalien übertragen werden und somit einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Schadstoffbewertung leisten.

Die experimentellen Grundlagen zur mathematischen Modellbildung sind vielfältig. Der Schwerpunkt unserer Arbeitsgruppe liegt vor Allem in der Untersuchung von Rezeptor DNA Interaktionen (Chromatin Immunoprezipitation, ChIP) und der daraus resultierenden transkriptionellen bzw. phänotypischen Zellantwort. Eine unmittelbare Korrelation zur Rezeptoraktivierung kann dabei durch unsere Hochdurchsatzmessungen zur Kinetik der Rezeptortranslokation (Fluoreszenzmikroskopie, BD Pathway™ 855) angestellt werden. Dieses überaus komplexe Projekt ist ein Zusammenspiel von mehreren experimentell arbeitenden Gruppen und einer essentiellen Kooperation mit Bioinformatikern und Modellierern.