Jan Karlseder, PhD

Vizepräsident, Chief Science Officer
Professor

Labor für Molekular- und Zellbiologie

Donald und Darlene Shiley Vorsitzende

Salk-Institut für biologische Studien – Jan Karlseder, PhD

Aktuelle Forschung


Das Problem

So wie jede Fotokopie einer Kopie etwas weniger scharf wird als die letzte Version, verliert eine Zelle jedes Mal, wenn sie ihr genetisches Material kopiert, einige Details von den Enden jedes Chromosoms. Diese Enden, Telomere genannt, erodieren schließlich und setzen lebenswichtige Gene einem Verschleiß aus, wodurch eine Zelle am Wachstum gehindert wird oder zum Absterben führt. Telomere regulieren wichtige Proliferationsgrenzen und begrenzen das Zellwachstumspotenzial – und hemmen dadurch die Krebsentstehung.

In vielen Krebszellen werden die Telomere jedoch ständig neu aufgebaut, was einer Zelle Unsterblichkeit verleiht. Ebenso nimmt die Fähigkeit der Zelle, beschädigte DNA zu reparieren, mit zunehmendem Alter ab, was zur Häufung von Mutationen und altersbedingten Krankheiten führt. Wenn Wissenschaftler herausfinden können, wie diese Telomerverlängerung gestoppt und die DNA-Reparatur während des Alterns verbessert werden kann, können sie möglicherweise Krebszellen zum Absterben bringen oder sie anfälliger für Medikamente machen. Auf der anderen Seite könnten vorzeitige Alterungssyndrome behandelt werden, wenn die Telomere intakt bleiben und die DNA-Reparatur verbessert wird. Doch zunächst müssen Forscher die komplexen Vor- und Nachteile der normalen Telomerfunktion und der Regulierung der DNA-Reparatur verstehen.

Die Vorgehensweise

Jan Karlseder untersucht die Rolle von Telomeren im gesamten Proliferationszyklus einer Zelle – von dem Zeitpunkt an, an dem die Zelle beginnt, ihr genetisches Material zu kopieren, bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie sich in zwei neue Zellen teilt, sowie während des gesamten Lebens der Zelle – ab dem Zeitpunkt, an dem durch Zellteilung eine junge Zelle entsteht bis zu dem Zeitpunkt, an dem sich eine alte Zelle dauerhaft „zurückzieht“ (altern wird) oder stirbt.

Zellteilungsgrenzen, wie sie beispielsweise durch die Verkürzung der Telomere entstehen, sind wichtig, um unkontrollierte Zellteilungen einzuschränken und so die Entstehung von Krebs zu verhindern. Die beiden grundlegenden Grenzen, die verhindern, dass primäre menschliche Zellen krebsartig werden, sind: replikative Seneszenz, eine Art Zellrückgang, bei dem Zellen aufhören, sich zu teilen, und Krise, ein Zustand, der zum Zelltod führt. Obwohl diese Grenzen seit Jahrzehnten bekannt waren, blieb unklar, wie Zellen altern und was passiert, wenn sich Zellen weiter teilen, obwohl sie altern sollten.

Durch die Entdeckung und klare Definition der Mechanismen, die die Zellteilung primärer menschlicher Zellen (Zellen, die aus lebendem Gewebe wie einer Biopsie entnommen wurden) regulieren, hat das Karlseder-Labor neue Wege in den frühesten Stadien der Krebsentstehung aufgedeckt, die potenzielle Interventionen ermöglichen könnten.


Die Innovationen und Entdeckungen

Das Karlseder-Labor entdeckte, dass der Zelltod in Krisenzeiten durch die Makroautophagie-Maschinerie, einen zellulären Recyclingmechanismus, bewirkt wird, und enthüllte einen neuartigen tumorsuppressiven Weg.

Beim Seneszenz-Bypass verkürzen sich die Telomere weiter, bis die Chromosomen verschmelzen. Karlseder und sein Team entdeckten, dass diese fusionierten Telomere einen zellulären Kontrollpunkt (Spindelanordnung) aktivieren, der dazu führt, dass die mitotische Zellteilung stoppt, wodurch das Schadenssignal verstärkt wird und in einem einzigen Zellzyklus zum Zelltod führt.

Sein Labor entdeckte, dass Telomere nach der Verdoppelung an den äußeren Rand des Zellkerns wandern. Die Ergebnisse zeigen, wie unsere Gene reguliert werden und wie Genexpressionsprogramme während der Zellteilung verändert werden – ein wichtiger Schritt zum Verständnis des Alterns und von Krankheiten, die auf genetische Mutationen zurückzuführen sind, wie beispielsweise Krebs.

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Bildung

BS, Biologie, Universität Innsbruck, Österreich
PhD, Molekularbiologie, Universität Wien
Postdoktorandenstipendium, The Rockefeller University, NY


Auszeichnungen & Ehrungen

  • Glenn Award für Forschung zu biologischen Mechanismen des Alterns, 2009
  • Forbeck Scholar Award, 2002
  • Der V Foundation Award for Developing Scientists, 2002
  • Charles H. Revson-Stipendium, 1999
  • Stipendium des Human Frontiers Science Program, 1997
  • Stipendium der European Molecular Biology Organization, 1993