Abteilung Systembiologie der Signaltransduktion
Prof. Dr. Ursula Klingmüller
Unser Ziel ist es, molekulare Mechanismen zu verstehen, die zelluläre Entscheidungen regulieren und die Auswirkungen dieser Entscheidungen auf Gewebs- und Organebene zu entschlüsseln. Eine Störung der Kontrollmechanismen trägt zur Entstehung von Krebs und anderen Krankheiten bei. Zelluläre Antworten werden durch eine Vielzahl extrazellulärer Stimuli reguliert, die von Zelloberflächenrezeptoren wahrgenommen und in intrazelluläre Signale konvertiert werden. In der Zelle wird die Information durch komplexe Signalnetzwerke prozessiert, die Genexpression und Metabolismus regulieren, und schließlich in physiologische Antworten wie z.B. Teilung, Überleben, Migration und Differenzierung der Zellen umgesetzt. Diese Prozesse finden auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen statt. Es ist daher essentiell, die dynamischen Eigenschaften biologischer Systeme zu untersuchen. Dies ist durch eine Kombination von quantitativen, zeitaufgelösten Daten mit mathematischer Modellierung möglich. Daten-basierte mathematische Modelle erlauben es, wesentliche Veränderungen in Krebszellen zu entdecken und effektive Gegenmaßnahmen zu entwickeln.
In Zusammenarbeit mit Modellierungspartnern haben wir eine Vielzahl von dynamischen Signalwegsmodellen etabliert, die überraschende Einblicke ermöglichten. Wesentliche Arbeitsgebiete in der Abteilung sind:
- Regulation von Erythropoietin (Epo)-vermittelten zellulären Entscheidungen im hämatopoetischen System.
- Dynamik der Leberregeneration – Von der Zelle zum gesamten Organ.
- Veränderungen von Kontrollmechanismen in Krebszellen und Vorhersage von effektiven Eingriffsmöglichkeiten bei Erkrankungen (Krebs, Leberschädigung, virale Infektion).
Unser Wissen über einzelne Signalwege und deren Kontrollmechanismen werden wir dazu nutzen, integrierte Modelle von Signalwegen zu etablieren und, Genexpression, Zellzyklusprogression, Zellüberleben sowie Zell-Zell-Kommunikation mit einzubeziehen. Außerdem wird eine Integration in Multiskalenmodelle und pharmakokinetische Ganzkörpermodelle angestrebt. Translationale Aspekte werden durch die sehr enge Zusammenarbeit mit klinischen Partnern und Firmen im Rahmen von Forschungsverbünden gefördert.
Die weiterführenden Seiten sind momentan nur auf englisch verfügbar.
Ausgewählte Publikationen
M. Schilling, T. Maiwald, S. Hengl, D. Winter, C. Kreutz, W. Kolch, W. D. Lehmann, J. Timmer, and U. Klingmüller. Theoretical and experimental analysis links isoform-specific ERK signalling to cell fate decisions, Mol Sys Biol (2009), 334:119-36.
V. Becker, M. Schilling, J. Bachmann, U. Baumann, A. Raue, T. Maiwald, J. Timmer, U. Klingmüller. Covering a broad dynamic range: information processing at the erythropoietin receptor. Science (2010), 328:1404-08.
Raia V, Schilling M, Böhm M, Hahn B, Kowarsch A, Raue A, Sticht C, Bohl S, Saile M, Möller P, Gretz N, Timmer J, Theis F, Lehmann WD, Lichter P, Klingmüller U. Dynamic mathematical modeling of IL13-induced signaling in Hodgkin and primary mediastinal B-cell lymphoma allows prediction of therapeutic targets. Cancer Res. 2011 Feb 1;71(3):693-704.
Bachmann J, Raue A, Schilling M, Böhm ME, Kreutz C, Kaschek D, Busch H, Gretz N, Lehmann WD, Timmer J, Klingmüller U. Division of labor by dual feedback regulators controls JAK2/STAT5 signaling over broad ligand range. Mol Syst Biol. 2011 7:516
