Lehrstuhl für Physiologische Chemie

Forschung

Kohlenhydrate sind viel, viel mehr als ein einfacher biochemischer Treibstoff, oder - als Polymer - der molekulare Baustoff, um Insekten und Pflanzen Stabilität zu verleihen. Ein offensichtliches Zeichen für eine weitreichende physiologische Funktion: Zuckerketten werden häufig an Proteine und Lipide verknüpft präsentiert. Dieser Anteil zellulärer Glycokonjugate bietet ein vielfältiges Mittel, biochemische Signale aufzubauen. Tatsächlich haben Oligosaccharide ein außergewöhnliches Talent in dieser Hinsicht. Sie übertreffen alle anderen Klassen von Biomolekülen in ihrer Kodierungskapazität innerhalb eines Oligomers (Kodewort). Vier strukturelle Faktoren sind für diese Eigenschaft verantwortlich: das Potenzial der Variabilität von Verknüpfungspunkten, anomerische Position und Ringgröße sowie die Möglichkeit von Verzweigungen (erste und zweite Dimension des Zuckercodes). Spezifische intermolekulare Erkennung wird durch das weitreichende Potenzial für Wasserstoff-/Koordinationsbindungen und für C-H/-Interaktionen gefördert (siehe Bild 1).

Im Laufe der Evolution hat sich eine Vielzahl an Proteinfaltungsmotiven entwickelt, die die Fähigkeit besitzen, bestimmte Glykane aus der natürlichen Vielfalt spezifisch zu binden. Die Thermodynamik dieser Reaktion profitiert von dem Vorkommen dieser Liganden in wenigen, energetisch begünstigten Konfomeren, im Gegensatz zu hochflexiblen Peptiden (dritte Dimension des Zuckercodes). Sequenz, Form und räumliche Aspekte der Glykanpräsentation (z.B. Multivalenz) sind Hauptfaktoren, um die Affinität der Lektinbindung zu regulieren. Auf der zellulären Ebene werden bestimmte Glykanmerkmale - Ergebnis enzymatischer Synthese und dynamische Umstrukturierungen - als Biomarker definiert. Ihre Anwesenheit bekommt eine funktionelle Perspektive durch die Koregulation vom zugehörigen Lektin als Effektor, z.B. im Rahmen der Wachstumsregulation. Das Zusammenspiel von Glykan- und Lektinexpression ist ein effizientes Mittel mit weitreichender Relevanz, um das Verschlüsselungspotenzial der Oligosaccharide physiologisch und medizinisch auszunutzen.

Unser Forschungsziel:
• zum Verständnis des Zuckercodes beizutragen, und zwar auf Ebene der Glykanstruktur
• Glykan-Lektin Wechselwirkung, mit Implikationen für die Entwicklung von Pharmaka
• Regulation der Expression von Glykanparametern und zugehörigen Lektinen, mit biomedizinischer Relevanz (siehe Bild 2)

Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein Netzwerk enger Zusammenarbeit mit Kollegen und Freunden aus Europa, Asien, Amerika und Australien hilfreich, zu dem wir Neuankömmlinge jederzeit Willkommen heißen.

Darstellung der drei-dimensionalen Struktur eines Kohlenhydrat-bindenden Proteins (A) mit molekularer Analyse der Bindungsstelle (B).

Klinisch-pathologische Anwendung beim Menschen: Auftreten eines Kohlenhydrat-bindenden Proteins (rot gefärbte Abschnitte) in Gewebeschnitten eines Dickdarms (A) und eines Dickdarmkarzinoms (B).

Einen Einblick in das Thema und in den aktuellen Stand der Glykowissenschaften gibt das, von Univ. Prof. Dr. Dr.hc. Gabius herausgegebene Lehrbuch „The sugar code“.

Das Lehrbuch zum Thema.

Lehre

Am Lehrstuhl werden sowohl das Fach Chemie für Tiermediziner (für Studierende des 1. und 2. Semesters als auch das Fach Biochemie (für Studierende des 3. und 4. Semesters) unterrichtet. Die Lehrinhalte werden den Studierenden in Vorlesungen und in praktischen Übungen (Kleingruppenunterricht) vermittelt. Besonderes Augenmerk gilt dabei klinisch-medizinischen Anwendungen und Bezügen zur Pharmakologie.

 

Besondere Auszeichnungen:

Verleihung der Ehrendoktorwürde

Am 23. April 2012 wurde Univ.-Prof. Dr.Hans-Joachim Gabius die Ehrendoktorwürde für Medizin an der Karls-Universität Prag für seine Arbeiten zur Entschlüsselung des Zuckercodes verliehen.

Zitierungsvergleich Tiermedizin 2006-2009

Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Gabius und die ebenfalls am Lehrstuhl tätige Privat.-Dozentin Dr. Sabine André belegen die beiden ersten Plätze (von 50 gelisteten „Köpfen“).
Berücksichtigt wurden Artikel aus den Jahren 2006 bis 2009 mit mindestens einem Autor mit Adresse im deutschen Sprachraum. Die Zahlen für Zitate und Artikel lieferte die Datenbank "Web of Science" des Thomson-Institute for Scientific Information (ISI) in Philadelphia. Stichtag war der 16.11.2012.

 

Impressionen der Zeremonie an der Karls-Universität in Prag	Ausschnitt aus der Liste (Quelle: Laborjournal 12/2012)