Modul 39-M-MBT10T Zelluläre Signalverschaltung und biophysikalische Methoden

Die Studierenden erwerben in diesem Modul grundlegendes Wissen über zelluläre Signalwege und Kommunikation sowie die Regulation wichtiger zellulärer Vorgänge. Gleichzeitig erhalten sie eine Übersicht über klassische sowie innovative Techniken, mit denen solche Prozesse und zelluläre Zustände detektiert werden können bzw. in diese eingegriffen werden kann. Hinzu kommen biophysikalische Techniken zur Proteincharakterisierung. Die vorgestellten Modelle und Methoden vermitteln das Verständnis für die Entwicklung und Charakterisierung biotechnologisch effizienter Proteine und Proteinverschaltungen und legen somit Grundlagen für die Entwicklung von Biopharmazeutika als auch für die Generierung von Zell- und Gewebsersatz in der regenerativen Medizin.

Die Fähigkeit zur Wiedergabe und Anwendung der behandelten Grundlagen der Signalleitung sowie der biophysikalischen Detektionsmethoden wird schriftlich oder mündlich überprüft. Der Kompetenzerwerb wird zudem mittels einer mündlichen Präsentation von Anwendungsbeispielen der Methodik und/oder wissenschaftlichen Ergebnissen des Themenfeldes bestätigt.

Die Vorlesung zu diesem Modul gliedert sich in zwei Teile: den theoretischen Grundlagen der zellulären Signalverschaltung (Dr. R. Hoffrogge) sowie den biophysikalischen Techniken zur Detektion zellulärer Vorgänge und der Charakterisierung von Proteinen (Prof. Dr. Kristian Müller).

Es werden somit Kenntnisse der Regulation zellulärer Vorgänge in eukaryotischen Zellen vermittelt und deren Nutzung in der molekularen Biotechnologie aufgezeigt. Neben grundlegenden Mechanismen der Signalperzeption, -transduktion und -koordination werden die verschiedenen Klassen an Signalen (Hormone, Wachstumsfaktoren, Cytokine) und Rezeptoren (Enzym- / G-Protein- / Tyrosin-Kinase-gekoppelt etc.) behandelt. Parallel zu den Prinzipien der Signalweiterleitung (Protein-Phosphorylierungen / Kinasen; cAMP) und deren Vernetzung werden spezifische Signalwege und Regulationen in eukaryotischen Zellen genauer betrachtet.

Die biophysikalischen Techniken umfassen isolierte und mikroskopische Fluoreszenzmethoden (z. B. Fluoreszenz, Fluoreszenzpolarisation, Fluoreszenzkorrelation, Durchflusszytometrie) sowie besondere mikroskopische Methoden (z. B. Superresolution, AFM). Zur Charakterisierung isolierter Proteine werden Absorptionsmethoden (z. B. UV/VIS, IR, CD), Kalorimetrie (z. B. DSC, ITC) und Interaktionsanalysen (z. B. SPR) vorgestellt. Hierbei werden auch quantitative Aspekte der mikroskopischen Bildverarbeitung und Proteindenaturierung behandelt.
Im Seminar präsentieren die Teilnehmer ausgewählte Aspekte zellulärer Prozesse sowie biophysikalische Methoden und deren Anwendung aus der Literatur und diskutieren Chancen, Nutzen und Limitierungen der Techniken.

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