Institut für Biochemie und Molekularbiologie

Leiter

Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Lothar Lucka
Telefon: +49-30/450-52 86 55
Telefax: +49-30/450-52 89 55
lothar.lucka@charite.de

Qualifikationen

• Diplom in Biologie
• Promotion zum Dr. rer. nat.
• Habilitation im Fach Biochemie, Fachbereich Humanmedizin

Stellung

• Assistent am Institut für Molekularbiologie und Biochemie, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin
• Beauftragter für Biologische Sicherheit
• Teilprojektleiter im Sonderforschungsbereich 366 "Zelluläre Signalerkennung und - umsetzung"

Fachgebiete

Biochemie, Molekularbiologie und Zellbiologie

Forschungsschwerpunkte

• Struktur-Funktionsbeziehungen von Zell-Adhäsionsmolekülen und deren Signaltransduktion
• Proteine aus der Familie der carcinoembryonalen Antigene
• Biosynthese und Funktion von N-Glykanen, Protein-Strukturaufklärung

Mitarbeiter/innen

Forschungsthematik

Zu den Forschungsschwerpunkten zählen die Analyse von Signaltransduktionsprozessen, ausgelöst durch Zelladhäsions-Rezeptoren der Ig-Superfamilie, die Struktur-Funktions-Analyse dieser Moleküle sowie ihre Biosynthese. Dieser Punkt wird u. a. auch durch die Charakterisierung der Biosynthese von N-Glykanen bearbeitet. Hierbei konzentriert sich die Fragestellung auf die Strukturaufklärung des Schlüsselenzyms der Neuraminsäure-Biosynthese sowie die Identifizierung sog. Lewis(X)-Strukturen.
Das erstgenannte Thema wird im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 366 "Zelluläre Signalerkennung und -umsetzung" (Teilprojekt C 1, Lucka/Reutter) durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. Das zweite Thema wird durch die DFG im Einzel-Verfahren gefördert.
In der Arbeitsgruppe kommen sämtliche moderne Verfahren der Biochemie sowie der Molekular- und Zellbiologie, von Klonierungen über Array-Technologien und das Two-Hybrid-System hin zur rekombinanten Expression von Proteinen in Pro- und Eukaryontenzellen und deren Analyse zum Einsatz. Biochemische Verfahren zur Reinigung von Proteinen durch HPLC und zellbiologische Verfahren, beispielsweise die Herstellung monoklonaler Antikörper, FACS-Scan-Analysen sowie Fluoreszenzmikroskopie sind gängiger Standard.

Forschungsprojekte

1. Multifunktionelle Adhäsions-Rezeptoren aus der Ig-Superfamilie
2. Struktur des Schlüsselenzyms der Neuraminsäure-Biosynthese, der UDP-N-Acetylglucosamin-2-Epimerase (in Zusammenarbeit mit PD Dr. Stephan Hinderlich)

Multifunktionelle Adhäsions-Rezeptoren aus der Ig-Superfamilie

Analyse von CEACAMs (CD66), Proteinen der carcinoembryonalen Antigene (CEA)

• Identifizierung und Charakterisierung von extra- and intrazellulären Liganden
• Die Rolle von CEACAM-Proteinen in Leukozyten und Endothel-Zellen
• Apoptose von Granulozyten der Ratte
• CEACAM-Proteine als Bestandteil von Lipid-Raft-Komplexen
• CEACAM1-vermittelte Signaltransduktion
• Cytoskeletale Interaktionen von Zelladhäsionsmolekülen
• Lewis(X)-Glycan-Strukturen des humanen CEACAM1 aus Granulozyten

In diesem Projekt werden Signalwege, vermittelt durch Plasmamembran-gebundene, Ig-ähnliche Proteine, insbesondere durch CEACAM1 untersucht. Dieser wichtigste Vertreter der Familie der carcinoembryonalen Antigene (CEA) ist als interzelluläres Adhäsionsmolekül aber auch als Rezeptor für Viren und Bakterien charakterisiert. Ferner wurde CEACAM1 in mehreren Zellsystemen als Tumorwachstum-hemmendes Protein identifiziert.

In der Vergangenheit identifizierten wir zytoplasmatische Interaktionspartner und charakterisierten Signaltransduktionswege, die durch CEACAM1 ausgelöst werden. Gegenwärtig widmen wir uns der Funktion von CEACAM1 in Zellen der myeloischen Reihe, insbesondere in neutrophilen Granulozyten sowie T- und B-Zellen in Abhängigkeit von verschiedenen Cyto- und Chemokinen. Bisher identifizierte inhibitorische Signale sollen hinsichtlich nachgeschalteter Proteine verfolgt werden. Durch das Two-Hybrid-System konnten wir neue zytoplasmatische Interaktionspartner ermitteln, u.a. solche, die als signalübermittelnde Proteine und solche, die als Bestandteile des Zytoskeletts bekannt sind. Diese Interaktionen werden auf molekularer Ebene durch Bestimmung der beteiligten Proteindomänen, ihrer Phosphorylierungszustände und Biacore-Analysen charakterisiert. Die Untersuchung von Lipid-Raft-ähnlichen Strukturen als Verankerungsort für verschiedene CEA-Proteine in Endothelzellen ist ein weiterer neuer Ansatz dieser Forschergruppe.

Struktur des Schlüsselenzyms der Neuraminsäure-Biosynthese, der UDP-N-Acetylglucosamin-2-Epimerase (in Zusammenarbeit mit PD Dr. Stephan Hinderlich)

• Rekombinante Expression, Reinigung und Kristallisation
• Funktionelle Analyse von Enzym-Mutanten

Sialinsäuren sind essentielle Bestandteile komplexer Glycanketten von Glycoproteinen und Glycolipiden. Sie sind an Adhäsionsprozessen beteiligt, mit der Entwicklung und Funktion von Organen verknüpft, regulieren den Abbau von Serumglycoproteinen und gealterten Erythrozyten und spielen eine Rolle bei verschiedenen Krankheitsbildern.
Die UDP-N-Acetylglucosamin-2-Epimerase/N-Acetylmannosaminkinase ist das Schlüsselenzym der Sialinsäurebiosynthese. Dieses insbesondere in der Leber exprimierte Protein konnte als bifunktionelles Enzym charakterisiert werden. Es ist ein für die Ontogenese essentielles Enzym, da Enzym-defiziente Mäuse embryonal lethal sind. In diesem Vorhaben soll seine dreidimensionale Struktur aufgeklärt werden.

Kooperationspartner

Lokal

• Verschiedene Institute der Charité – Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin sowie Institute der Freien Universität Berlin, Biocampus Dahlem
• Institut für Biochemie, Schering AG

National

• Prof. Dr. Christoph Wagener, Institut für klinische Chemie, Universitätsklinikum Eppendorf, Hamburg
• Dr. Robert Kammerer, Abteilung Urologie, Universitätsklinik Großhadern, München

International

• Prof. Dr. Björn Öbrink, Department of Cell and Molecular Biology, Karolinska Intitutet, Stockholm, Schweden

Forschungsförderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft

• Sonderforschungsbereich 366 "Zelluläre Signalerkennung und -umsetzung"
  Teilprojekt C 1, Lucka/Reutter

CEACAM1/CD66a-induzierte Signaltransduktion bei der Aktivierung von Leukozyten und ihrer Adhäsion an Endothelzellen

• DFG-Einzelförderung - LU 799/4-1

Das Schlüsselenzym der Biosynthese von Sialinsäuren, die UDP-GlcNAc-2-Epimerase/ManNAc-Kinase - Strukturaufklärung und Charakterisierung der aktiven Zentren.

Forschungs-relevante Links

Sonderforschungsbereich 366 "Zelluläre Signalerkennung und -umsetzung"

CEA-Homepage

Alliance for Cellular Signaling (AfCS - Nature Signaling Gateway)

Pubmed

Publikationen

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Ragge, E., Singer, B.B., Müller, M.M., Reutter, W. & Lucka, L., CEACAM1, a novel membrane-bound Filamin A interacting receptor - Functional interaction leads to changes in cell morphology and migration, eingereicht