Toxikologie

In der modernen Arbeitswelt kann auf Chemikalien, darunter auch zahlreiche Gefahrstoffe, nicht verzichtet werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, toxische Eigenschaften von Arbeitsstoffen frühzeitig zu erkennen und expositionsabhängige Risiken zu beurteilen. Hierfür sind genaue Kenntnisse der Wirkmechanismen von Chemikalien und deren gesundheitsrelevanter Effekte erforderlich, auch unter Beachtung interindividueller Unterschiede der Empfindlichkeit. Besonders in Folge der neuen europäischen Chemikaliengesetzgebung REACH ist der Bedarf an schnelleren und aussagekräftigeren toxikologischen Testmethoden enorm gestiegen.

Diese Fragestellungen werden in Zusammenarbeit von vier Gruppen bearbeitet. Hierbei setzt die Projektgruppe Systemtoxikologie (SysTox) ihren Schwerpunkt auf Grundlagenforschung, während die Projektgruppe Neurotoxikologie und Chemosensorik (NBTox) für Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis zuständig ist. Beide Projektgruppen arbeiten eng mit den beiden Nachwuchsgruppen Lebertoxikologie (LivTox) und Zelltoxikologie (CellTox) zusammen.

Eine häufig praktizierte Form der Zusammenarbeit besteht darin, daß die Gruppen LivTox, CellTox und NBTox zeitaufgelöste, quantitative Daten generieren, welche dann von der SysTox für Modellsimulationen eingesetzt werden. Dies führt zu iterativen Zyklen aus Datengenerierung, Systemmodellierung und Validierung, die uns in vielen Fällen ein vertieftes Verständnis ermöglicht haben, wie Chemikalien mit Zellen, Geweben als auch Organismen interagieren. Beispiele unserer Ergebnisse sind Schlüsselmechanismen auf dem Gebiet der Leberphysiologie und Hepatotoxizität (Zeigerer et al., 2012; Vartak et al., 2016), Testsysteme für Neuro- und Entwicklungstoxizität (Krug et al., 2013), Cholin- und Lipidstoffwechsel (Stewart et al., 2012), als auch Kontrollmechanismen genomweiter transkriptioneller Netzwerke in Relation zu Differenzierung und Gewebefunktionalität (Godoy et al., 2015).

Umsetzung und Wissenstransfer

Aufbauend auf unsere Grundlagenforschung setzten wir die Ergebnisse in die Praxis um und arbeiten unter anderem in den folgenden Umsetzungsgremien mit:

 

Extern geförderte Nachwuchsgruppen

Drei Postdocs aus der Projektgruppe Systemtoxikologie haben erfolgreich Mittel für Nachwuchsgruppen vom BMBF und von der EU eingeworben. Somit können diese Gruppen als unabhängige Nachwuchsgruppen ihre Forschungsgebiete weiterentwickeln.

Nachiket Vartak (BMBF gefördert):
– Funktionelle Bildgebung von Tansportmechanismen der Leber
– Systemmodellierung der Entstehung und des Abbaus von Fettröpfchen

Ahmed Ghallab (BMBF gefördert):
– Systemmodellierung des Stoffwechsels der gesunden und erkrankten Leber
– Kontrollmechanismen der Leberregeneration

Raymond Reif:
Intravital-Imaging mit Zweiphotonen-Mikroskopie

Zentrale wissenschaftliche Einheiten

Arbeitsmedizin
– Ambulanz
– Gewebebanken
– Unterstützung der Dortmund Vitalstudie

Analytische Chemie
– LC/MS
– GC
– Isotopenlabor
– Analyse genetischer Varianten

Referenzen1

Zeigerer A, Gilleron J, Bogorad RL, Marsico G, Nonaka H, Seifert S, Epstein-Barash H, Kuchimanchi S, Peng CG, Ruda VM, Del Conte-Zerial P, Hengstler JG, Kalaidzidis Y, Koteliansky V, Zerial M.: Rab5 is necessary for the biogenesis of the endolysosomal system in vivo. Nature 485(7399): 465-470 (2012)
Vartak N, Damle-Vartak A, Richter B, Dirsch O, Dahmen U, Hammad S, Hengstler JG: Cholestasis-induced adaptive remodeling of interlobular bile ducts. Hepatology 63: 951-964 (2016)
Krug AK, Kolde R, Gaspar JA, Rempel E, Marchan R, van Thriel C, Hengstler JG, Rahnenführer J: Human embryonic stem cell-derived test systems for developmental neurotoxicity: a transcriptomics approach. Arch Toxicol 87: 123-143 (2013)
Stewart JD, Marchan R, Lesjak MS, Lambert J, Hergenröder R, Ellis JK, Lau C-H, Hengstler JG: Choline-releasing glycerophosphodiesterase EDI3 drives tumor cell migration and metastasis. Proc Natl Acad Sci USA 109: 8155-8160 (2012)
Godoy P, Schmidt-Heck W, Natarajan K, Lucendo-Villarin B, Szkolnicka D, Asplund A, Björquist P, Widera A, Stöber R, Campos G, Hammad S, Sachinidis A, Chaudhari U, Damm G, Weiss TS, Nüssler A, Synnergren J, Edlund K, Küppers-Munther B, Hay DC, Hengstler JG. Gene networks and transcription factor motifs defining the differentiation of stem cells into hepatocyte-like cells. J Hepatol 3: 934-942 (2015)

1unterstrichen: Mitglieder unserer Gruppe.