Der Schwerpunkt der Arbeiten des Instituts für Toxikologie und Genetik (ITG) liegt in der Aufklärung der molekularen Grundlagen von normalen und krankhaften Prozessen im Körper von Mensch und Tier. Einige wichtige Themen hierbei sind

Bei den Untersuchungen am ITG wurden u.a. wichtige Forschritte bei der Entstehung von Krebs und Metastasen erzielt. Das Institut hat sich dadurch einen hervorragenden Ruf in der biomedizinischen Forschung erworben. Weitere Details finden Sie auf den Seiten der einzelnen Arbeitsgruppen.

Folgende Projekte werden am Institut für Toxikologie und Genetik bearbeitet:

Strahlung oder giftige Chemikalien können die Aktivität von Genen verändern. Solche Effekte lassen sich systematisch durch Analyse des aktiven Genoms (Transkriptom) und des Proteoms nachweisen. Indem der Weg vom externen Signal über einen spezifischen Rezeptor bis zur Auswirkung auf die Genaktivität analysiert wird, erhält man Aufschluss über die molekularbiologischen Vorgänge bei der Entstehung von Krebszellen. Insbesondere wird die Rolle der genaktivierenden sog. Transkriptionsfaktoren untersucht, deren Fehlregulation Krebs oder andere Krankheiten (z. B. Immunerkrankungen) auslösen kann. Bereits aufgeklärt wurde die Wirkung der hochtoxischen Dioxine und des Antiepileptikums Valproinsäure. Bei Letzterer erbrachte die Aufklärung des Wirkmechanismus das überraschende Resultat, dass Valproinsäure auch hemmend auf Tumorzellen wirkt. Ihr Einsatz als Krebstherapeutikum ist in der klinischen Erprobung. (Blattner, Cato, Herrlich, König, Weih).

Auf der Oberfläche von Tumorzellen, die Metastasen bilden können, wurden Proteine nachgewiesen, die den nur lokal wachsenden Tumorzellen fehlen. Die Frage, wie solche metastasenspezifischen Proteine wirken und wie mit ihrer Hilfe eine Diagnose und Therapie von Tochtergeschwülsten durchgeführt werden kann, ist ein aktuelles Arbeitsthema. (Ponta, Sleeman)

Genetische Manipulationen des Menschen verbieten sich aus ethischen Gründen. In der modernen biomedizinischen Forschung werden deshalb verstärkt sog. Modellorganismen verwendet, die dem Menschen in vieler Hinsicht ähnlich, aber weniger komplex sind. Auch am ITG werden mit Maus, Ratte, Frosch, Zebrafisch, Fruchtfliege und Hefe mehrere dieser Modelle eingesetzt.

Durch genetische Untersuchungen des Wachstums und der Differenzierung embryonaler Zellen lassen sich Rückschlüsse auf die Ursachen genetisch bedingter Krankheiten ziehen. Dabei wurde in Mäusen und Fröschen das Pitx-2-Gen entdeckt, das für die Festlegung der Körperachsen verantwortlich ist. Eine Mutation in diesem auch beim Menschen vorkommenden Gen führt zu einer Erbkrankheit (Rieger-Syndrom). (Müller, Pankratz)

Für zahlreiche Fragestellungen ist es wichtig, alle Gene oder Proteine eines Organismus zu erfassen. Am ITG wurden deshalb DNA-Chips entwickelt, mit denen man die Aktivität aller Gene bei Fruchtfliegen, Mäusen, oder Zebrafischen untersuchen kann. Mit diesen Chips wird derzeit studiert, welche Gene auf verschiedene Nahrungsangebote reagieren. In einem anderen Projekt werden alle Proteine der Hefe mit Robotertechnik auf ihre Interaktionen untereinander untersucht. Es wurde dabei entdeckt, dass selbst so einfache Zellen wie die der Hefe ein komplexes Netzwerk an Proteininteraktionen beherbergen. Solche Netzwerke können wegen ihrer ungeheuren Komplexität bei Tieren oder Pflanzen derzeit noch gar nicht untersucht werden. (Johnsson, Pankratz, Uetz).

Technikbedingte Schadstoffe (z. B. luftgetragene Schadstoffe wie ultrafeine Partikel, Organometalle, Dioxine und polybromierte, aromatische Verbindungen / Flammschutzmittel) können bei chronischer Exposition zu einer gesundheitlichen Gefährdung der Bevölkerung führen. Um die Wirkungsmechanismen solcher Schadstoffe aufzuklären, werden spezifische Zellmodelle und in vitro Modellsysteme eingesetzt. Das Augenmerk liegt dabei auf den inter- und intrazellulären Signalwegen sowie den zeitlichen und räumlichen Veränderungen der Organisation der Zelle. Ziel der Untersuchungen ist die Identifizierung der Sensoren für Schadstoffe und der durch sie regulierten genetischen und zellulären Programme. So können spezielle Rezeptoren über die Signaltransduktion den programmierten Zelltod (Apoptose) auslösen. Diese Signalwege sind für die normale Funktion der Zelle notwendig. Werden sie allerdings durch Schadstoffe fehlreguliert, führen sie zur toxischen Wirkung auf den Organismus. Mechanismus und Dosis-Wirkungs-Beziehungen sollen für spezielle Umweltschadstoffe untersucht werden. Längerfristiges Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung von universellen in vitro Testsystemen zur Prüfung der Toxizität von technikbedingten Umweltschadstoffen. (Diabaté, Krug, Strack).