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Prof. Dr. Ulrich Benjamin Kaupp
Molekulare Neurosensorik
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Molekulare Neurosensorik

Die Abteilung für Molekulare Neurosensorik untersucht die Signalverarbeitung in Zellen. Wir wollen verstehen, wie Reize von Zellen detektiert und in eine zelluläre Antwort umgewandelt werden. Die Signalwandlung in Zellen ist ein faszinierendes Forschungsgebiet, an dem sich weltweit viele Wissenschaftler versuchen. Ein tiefgreifendes Verständnis dieser komplexen Fragestellung erfordert den Einsatz modernster biologischer, chemischer und physikalischer Techniken. Deshalb arbeiten in der Abteilung Biologen, Chemiker und Physiker eng zusammen.

Verarbeitung sensorischer Signale

Sinneszellen wandeln einen Reiz in ein elektrisches Signal um. Sehzellen in der Netzhaut des Auges detektieren Lichtreize und erzeugen in einer Kette biochemischer Reaktionen ein elektrisches Signal. Dieses Signal wird an die Zentren der visuellen Informationsverarbeitung im Gehirn weitergeleitet. Riechzellen reagieren auf Duftstoffe ebenfalls mit einem elektrischen Signal, das die Qualität und die Stärke des Geruchsreizes kodiert. Wir arbeiten daran, die molekularen Mechanismen der sensorischen Informationsverarbeitung aufzuklären. Dazu untersuchen wir die Struktur, Funktion und Wechselwirkung von Signal-Proteinen. Besonders intensiv untersuchen wir Rezeptoren und Ionenkanäle, die an der elektrischen Erregung beteiligt sind. Zu den Rezeptoren gehören das Sehpigment Rhodopsin und Chemorezeptoren. Zu den Ionenkanälen gehören die zyklischen Nukleotid-gesteuerten (CNG)-Kanäle und die Schrittmacherkanäle (HCN-Kanäle) im Herzen und Gehirn.

 

Chemosensorik in Spermien und Fertilität

Der Erfolg der Befruchtung hängt davon ab, ob Spermien die Eizelle finden. Spermien schwimmen mithilfe eines Flagellums; dabei orientieren sie sich an chemischen Lockstoffen, die von der Eizelle selbst oder umgebenden Zellen freigesetzt werden. Mit welchem „Sinnesorgan“ registrieren Spermien diese Lockstoffe, und wie sind die Lockstoffe aufgebaut? Die Detektion von Lockstoffen läuft nach ähnlichen Mechanismen ab wie die Detektion von Duftstoffen oder Licht in Riech- bzw. Sehzellen und erfolgt mithilfe ähnlicher Signalmoleküle. Wir untersuchen die zellulären Signalwege, die der Chemosensorik zugrunde liegen, in Spermien von Seeigeln, Zebrafischen, Mäusen und Menschen. Auch hier stehen die Rezeptoren, zellulären Botenstoffe und Ionenkanäle, insbesondere die K+-Kanäle, die Ca2+-permeablen CatSper-Kanäle und die Protonen-Kanäle (HV), im Vordergrund unserer Forschung.

 

Schnelle kinetische Methoden und optische Schalter

Wir entwickeln optische Schalter, die für die photonische Steuerung von Rezeptoren und Ionenkanälen eingesetzt werden. Es handelt sich um "Trojanische Pferde", die in die Zelle eingeschleust werden und die mithilfe von Licht Signalmoleküle im Innern der Zelle freisetzen. Mithilfe dieser Trojanischen Pferde kann die zelluläre Signalwandlung zeitlich und räumlich genau verfolgt werden. Diese sogenannten caged compounds in Verbindung mit schnellen Misch- und Quenchtechniken werden auch eingesetzt, um Konformationsänderungen in Proteinen zeitlich und räumlich zu verfolgen.