Karsten Seegers Forschungsgruppe

Unsere Forschung konzentriert sich auf zwei Hauptbereiche: die Aufklärung von Interaktionen des Typ-VII-Kollagens in der extrazellulären Matrix der Haut sowie die Untersuchung metabolischer Veränderungen im Zusammenhang mit Entzündungen, Autoimmunprozessen und zellulärer Alterung. Durch die Analyse der Wechselwirkungen von Kollagen VII mit anderen Matrixkomponenten möchten wir die molekularen Mechanismen der epidermolysis bullosa acquisita (EBA) besser verstehen – einer Autoimmunerkrankung, die durch Autoantikörper gegen Kollagen VII gekennzeichnet ist. Parallel dazu erforschen wir mithilfe NMR-basierter Metabolomik metabolische Veränderungen in erkrankten, entzündeten oder seneszenten Zellen.

Für diese Fragestellungen nutzen wir verschiedene biophysikalische Methoden, darunter NMR-Spektroskopie und Biacore Oberflächenplasmonresonanz, und verfügen über umfassende Erfahrung in der Proteinbiochemie. Gemeinsam ermöglichen diese Ansätze die detaillierte Charakterisierung von Protein-Protein-Interaktionen, metabolischen Profilen und krankheitsassoziierten strukturellen Veränderungen auf molekularer Ebene.

Bisherige und aktuelle Forschung

Metabolomics

Im Krankheitsfall werden bestimmte Proteine neu synthetisiert, während die Expression anderer Proteine herunterreguliert wird. Allerdings verändern sich nicht nur Zusammensetzung und Mengenverhältnisse der Proteine – auch die Konzentrationen zahlreicher Metaboliten sind während einer Erkrankung verändert. Die Nutzung metabolischer Profile im „Omics“-Kontext gewinnt seit einigen Jahren zunehmend an Bedeutung. In der klinischen Anwendung dienen sie der verbesserten Diagnosestellung und der Vorhersage von Therapieerfolgen. In der Grundlagenforschung ermöglichen metabolische Profile die Identifikation von Stoffwechselwegen, die an einem bestimmten biologischen Zustand beteiligt sind oder durch diesen beeinflusst werden. Dies liefert Hinweise für die Diagnostik und trägt gleichzeitig zu einem tieferen Verständnis der zugrunde liegenden Erkrankung bei.

Unsere Arbeitsgruppe setzt NMR-Spektroskopie zur Untersuchung metabolischer Veränderungen ein. Wir haben metabolische Veränderungen in einem Mausmodell einer entzündlichen autoimmunen Hauterkrankung identifiziert [1] und einen metabolischen Marker für zelluläre Seneszenz in humanen Fibroblasten [2] sowie in Melanozyten der Haut [3] beschrieben.

Zudem ist unsere Gruppe mit einem Metabolomik-Projekt im Graduiertenkolleg GRK1727/2 „Modulation of Autoimmunity“ vertreten.

Literaturverzeichnis

  1. Schönig S, Recke A, Hirose M, Ludwig R, Seeger K. Metabolite analysis distinguishes between mice with epidermolysis bullosa acquisita and healthy mice. Orphanet Journal of Rare Diseases 2013, 8(1):93. DOI: 10.1186/1750-1172-8-93
  2. Gey C, Seeger K. Metabolic changes during cellular senescence investigated by proton NMR-spectroscopy. Mech Ageing Dev 2013, 134(3-4): 130-138. DOI: 10.1016/j.mad.2013.02.002
  3. Windler C, Gey C, Seeger K.: Skin melanocytes and fibroblasts show different changes in choline metabolism during cellular senescence. Mech Ageing Dev 2017 164:82-90. DOI: 10.1016/j.mad.2017.05.001

Weiterführende Literatur

  • Seeger K.: Metabolic changes in autoimmune diseases. In Curr. Drug Discov. Technol. 6 (2009), 256-261. DOI: 10.2174/157016309789869074
  • Gey, C. and Seeger, K., 2017. Metabolic changes investigated by proton NMR spectroscopy in cells undergoing oncogene-induced senescence, in: Nikiforov, M.A. (Ed.), Oncogene-Induced Senescence: Methods and Protocols. Springer New York, New York, NY, pp. 155-163. DOI: 10.1007/978-1-4939-6670-7_15

Typ-VII-Kollagen & Autoimmunität

Autoimmunerkrankungen zeichnen sich durch eine fehlgeleitete Immunreaktion gegen körpereigene Proteine aus. Warum ein Protein, das über lange Zeit im Körper vorhanden ist, plötzlich als fremd erkannt wird, ist bislang nicht vollständig verstanden.

Epidermolysis bullosa acquisita (EBA) ist eine autoimmune Hauterkrankung, die durch Autoantikörper gegen Typ-VII-Kollagen gekennzeichnet ist. Typ-VII-Kollagen verbindet verschiedene Schichten der Haut miteinander. Die Bindung von Autoantikörpern an dieses Kollagen führt zu Hautablösungen, Blasenbildung und charakteristischen Hautläsionen.

Unsere Arbeitsgruppe hat Interaktionen verschiedener Untereinheiten des Typ-VII-Kollagens mit anderen extrazellulären Matrixproteinen charakterisiert [1, 2]. Wir konnten zeigen, dass das cysteinreiche Segment des Typ-VII-Kollagens eine bisher unbekannte Cystinknoten-Topologie aufweist [3] und dass die Gelenkregion (hinge region) dieses Proteins intrinsisch ungeordnet ist [4]. Zudem konnten wir kürzlich nachweisen, dass eine Mutation in einer Kollagen-VII-Unterdomäne zu einer Thermolabilität führt, die diese Domäne besonders anfällig für proteolytischen Abbau macht [5].

Literaturverzeichnis

  1. Wegener H, Leineweber S, Seeger K. The vWFA2 domain of type VII collagen is responsible for collagen binding. Biochem Biophys Res Commun 2013, 430(2): 449-453. DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.11.119
  2. Leineweber S, Schönig S, Seeger K. Insight into interactions of the von-Willebrand factor-A-like domain 2 with the FNIII like domain 9 of collagen VII by NMR and SPR. FEBS Lett 2011, 585: 1748-1752. DOI: 10.1016/j.febslet.2011.04.071
  3. Wegener H, Paulsen H, Seeger K. The cysteine rich region of type VII collagen is a cystine knot with a new topology. J Biol Chem. 2014, 289(8): 4861-4869. DOI: 10.1074/jbc.M113.531327
  4. Richer BC, Seeger K.: The hinge region of type VII collagen is intrinsically disordered. Matrix Biol. 2014, 36: 77-83. DOI: 10.1016/j.matbio.2014.04.006
  5. Windler C, Hermsdorf U, Brinckmann J, Seeger K.: A type VII collagen subdomain mutant is thermolabile and shows enhanced proteolytic degradability – implications for the pathogenesis of recessive dystrophic epidermolysis bullosa?, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease 2017 1863: 52-59. DOI: 10.1016/j.bbadis.2016.10.023

Weiterführende Literatur

  • Hermsdorf U, Seeger K.: Chemical shift assignments of the fibronectin III like domains 7-8 of type VII collagen. Biomol NMR Assign 2016 10: 53-55. DOI: 10.1007/s12104-015-9636-9
  • Iwata H, Witte M, Samavedam UK, Gupta Y, Shimizu A, Ishiko A, Schröder T, Seeger K, Dahlke M, Rades D, Zillikens D, Ludwig RJ.: Radiosensitive hematopoietic cells determine the extent of skin inflammation in experimental epidermolysis bullosa acquisita. J Immunol. 2015, 195(5):1945-54. DOI: 10.4049/jimmunol.1501003
  • Iwata H, Bieber K, Tiburzy B, Chrobok N, Kalies K, Shimizu A, Leineweber S, Ishiko A, Vorobyev A, Zillikens D, K hl J, Westermann J, Seeger K, Manz R, Ludwig RJ.: B Cells, Dendritic Cells, and Macrophages Are required to induce an autoreactive CD4 helper T cell response in experimental epidermolysis bullosa acquisita. J Immunol. 2013, 191(6): 2978-2988. DOI: 10.4049/jimmunol.1300310
  • Schönig S, Recke A, Hirose M, Ludwig R, Seeger K.: Metabolite analysis distinguishes between mice with epidermolysis bullosa acquisita and healthy mice. Orphanet Journal of Rare Diseases 2013, 8(1):93. DOI: 10.1186/1750-1172-8-93