Neurochemisches Labor der Klinik für Neurologie
Wir erforschen Störungen des mitochondrialen Energiestoffwechsels, die an der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen wie der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS), der Parkinson-Krankheit und der Alzheimer-Krankheit sowie einigen neuromuskulären Erkrankungen beteiligt sind.
Unsere Arbeit konzentriert sich auf die folgenden Forschungsthemen:
- Mitochondriale Dysfunktion bei neurodegenerativen und anderen mitochondrialen Erkrankungen, insbesondere die Funktionsstörung der Atmungskette und des Energiemetabolismus der Zelle.
- Energiestoffwechsel als potenzielles therapeutisches Ziel.
- Entwicklung neuer diagnositscher Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen
Wir arbeiten hauptsächlich mit verschiedenen Geweben und Zellkulturen, die uns neue Erkenntnisse über die Pathophysiologie dieser Krankheiten liefern.
Energiestoffwechsel in der Zelle
Die Zellatmung ist ein Prozess, in dem biologische Brennstoffe (Glukose, Fettsäuren, Aminosäuren) in Anwesenheit eines anorganischen Elektronenakzeptors (Sauerstoff) oxidiert werden, um die Produktion von energiereichem Adenosintriphosphat (ATP) anzutreiben. Dieser Prozess kann als eine Reihe von Stoffwechselreaktionen und Prozessen beschrieben werden, die in den Zellen stattfinden, um chemische Energie aus Nährstoffen in ATP umzuwandeln. Die in ATP gespeicherte chemische Energie kann dann zum Antrieb energieintensiver Prozesse verwendet werden, z. B. zur Biosynthese, zur Fortbewegung oder zum Transport von Molekülen durch Zellmembranen.
Die Störungen bestimmter Schritte der Zellatmung können die Ursache zahlreicher neurodegenerativer Erkrankungen sein. So ist bekannt, dass die Hemmung der Aktivität der Atmungskette (Komplex I) und die erhöhte Produktion freier Radikale an der Entstehung von ALS, Parkinson oder Chorea Huntington beteiligt sind.
Methoden und Techniken:
- Intrazellulär Energiestoffwechsel: Glycolyse, mitochondriale und glykolytische ATP Produktion, metabolisches Potential und Phänotyp
Methodik: Seahorse XFp Analyzer - Hochauflösende Respirometrie: Funktion der Atmungskette
Methodik: Oroboros 2k-Oygraph - Enzymatisch Messung: Citrat Synthase, Enzymaktivität der Atmungskette
Methodik: Hochauflösendes Spektralphotometer Olis-Aminco - DW-2
Team:
- Dr. Grazyna Debska-Vielhaber
- Prof. Dr. med. Stefan Vielhaber (Muskelzentrum Magdeburg der DGM e.V. , Liquorlabor)
- Kerstin Kaiser (MTA)
- Jeannette Witzke (MTA)
Kooperationen
Intern:
- Prof. Dr. rer. nat. Ildiko Dunay (Institut für Inflamation und Neurodegeneration)
- Prof. Dr. med. Stefanie Schreiber (Arbeitsgruppe: Gemischte zerebrale Pathologien und kognitives Altern, DZNE)
- Prof. Dr. med. Johann Steiner (Arbeitsgruppe: Translationale Psychiatrie, Klinik für Psychatrie)
Extern:
- Prof. Dr. Wolfram Kunz (Klinik und Poliklinik für Epileptologie, Klinische Neurochemi, Bonn)
- Prof. Dr. Joanna Szczepanowska (Laboratory of Cellular Metabolism, Nencki Institut of Experimental Biology, Warschaw, Polen)
- Privatdozent Dr. rer. nat. Frank Gellerich, Magdeburg
- Dr. Zemfira Gizatullina, Magdeburg
Publikationen (Auswahl):
| Gainutdinov T, Gizatullina Z, Debska-Vielhaber G, Vielhaber S, Feldmann RE, Orynbayeva Z, Gellerich FN. Age-associated alterations of brain mitochondria energetics. Biochem Biophys Res Commun. 2023;643:2022, doi: 10.1016/j.bbrc.2022.1 |
| Debska-Vielhaber G, Miller I, Peeva V, Zuschratter W, Walczak J, Schreiber S, Petri S, Machts J, Vogt S, Szczepanowska J, Gellerich FN, Hermann A, Vielhaber S, Kunz WS. Impairment of mitochondrial oxidative phosphorylation in skin fibroblasts of SALS and FALS patients is rescued by in vitro treatment with ROS scavengers. Exp Neurol. 2021;339:113620. doi: 10.1016/j.expneurol.2021.113620. |
| Szibor M, Gizatullina Z, Gainutdinov T, Endres T, Debska-Vielhaber G, Kunz M, Karavasili N, Hallmann K, Schreiber F, Bamberger A, Schwarzer M, Doenst T, Heinze HJ, Lessmann V, Vielhaber S, Kunz WS, Gellerich FN. Cytosolic, but not matrix, calcium is essential for adjustment of mitochondrial pyruvate supply. J Biol Chem. 2020, 295(14):4383-4397. doi: 10.1074/jbc.RA119.011902. |
| Walczak J, Dębska-Vielhaber G, Vielhaber S, Szymański J, Charzyńska A, Duszyński J, Szczepanowska J. Distinction of sporadic and familial forms of ALS based on mitochondrial characteristics. FASEB J. 2019 33(3):4388-4403. doi: 10.1096/fj.201801843R. |
| Vielhaber S, Debska-Vielhaber G, Peeva V, Schoeler S, Kudin AP, Minin I, Schreiber S, Dengler R, Kollewe K, Zuschratter W, Kornblum C, Zsurka G, Kunz WS. Mitofusin 2 mutations affect mitochondrial function by mitochondrial DNA depletion. Acta Neuropathol. 2013, 125(2):245-56. doi: 10.1007/s00401-012-1036-y. |