Mitochondrien sind essentielle Zellorganelle mit zentraler Funktion für den zellulären Energiehaushalt. Jüngste Forschungen zeichneten jedoch ein deutlich komplexeres Bild der Rolle der Mitochondrien innerhalb der Zelle und identifizierten Mitochondrien als dynamische zelluläre Strukturen, die in vielfältiger Weise mit der zellulären Umgebung kommunizieren. Geänderte physiologische Bedingungen führen zu einer Anpassung der Aktivität der Mitochondrien. Gleichzeitig sind Mitochondrien aber auch Bestandteil verschiedener zellulärer Signalwege und beeinflussen die Aktivität, Differenzierung und das Überleben der Zelle. Die wechselseitigen Interaktionen von Mitochondrien mit der zellulären Umgebung werfen auch vielfältige neue Fragen zur Pathogenese von Erkrankungen auf, die auf eine Funktionsstörung der Mitochondrien zurückzuführen sind. Um diese komplexen und häufig neuartigen Zusammenhänge aufzuklären, verfolgt der Sonderforschungs-bereich einen interdisziplinären Ansatz und führt Forschungsgruppen mit komplementärer Expertise in einem Forschungsverbund zusammen. Teilprojekte im Forschungsbereich A untersuchen die Anpassung der Mitochondrien an sich ändernde zelluläre Bedingungen und fokussieren insbesondere auf die Rolle der mitochondrialen Dynamik für die Aufrechterhaltung der funktionellen Integrität der Organelle. Der Schwerpunkt der Arbeiten im Forschungsbereich B liegt auf Signalwegen, die durch Mitochondrien unter Stress und pathologischen Bedingungen reguliert werden. Insgesamt ermöglichen die Arbeiten innerhalb des Sonderforschungsbereiches einen integrativen Einblick auf die komplexe Regulation der zellulären Funktion durch Mitochondrien, eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis mitochondrialer Erkrankungen und die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien.

Der Zelltod ist ein grundlegender biologischer Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase entscheidend ist und sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen eine zentrale Rolle bei Wirt-Mikroben-Interaktionen und der Pathogen Abwehr spielt. Die jüngsten Entdeckungen molekular kontrollierter Signalwege des lytischen Zelltods, wie Nekroptose, Pyroptose und Ferroptose, haben gezeigt, dass Zellen zwischen verschiedenen Arten des regulierten Zelltods (RCD) wählen können, und das Konzept eingeführt, dass die Folgen des Zelltods auf Gewebe- und Organismus Ebene durch die Art und Weise, wie eine Zelle stirbt, tiefgreifend beeinflusst werden. 
Absterbende Zellen regulieren Gewebereaktionen, indem sie in einen intimen Cross-Talk mit Bystander-Zellen eintreten, aber es bleibt unklar, wie die Art des Zelltodes das Ergebnis dieser Interaktion bestimmt. 
Das übergreifende Ziel dieses SFBs ist es, die Mechanismen und die funktionellen und physiologischen Konsequenzen verschiedener Formen von RCD in der Physiologie und Pathologie des Organismus zu verstehen, mit besonderem Fokus auf Immunität, Entzündung und Wirt-Mikroben-Interaktionen. Durch die Kombination von multi- und interdisziplinären Ansätzen will dieser SFB Antworten auf grundlegende offene Fragen der Zelltodforschung geben und wesentliche Beiträge zum besseren Verständnis der Regulation und Funktion der verschiedenen Formen von RCD in der Organismus Physiologie und -pathologie sowie der zugrunde liegenden Mechanismen leisten.
Um dies zu erreichen, konzentriert sich die Forschung in zwei Bereichen auf
1) die Regulation und Funktion des Zelltods in der organismischen Homöostase und bei Krankheiten sowie
2) auf die Mechanismen und Funktion von RCD in Wirt-Mikroben-Interaktionen.

Das motorische System ermöglicht es uns, mit der Umwelt zu interagieren. Die Vielfalt der motorischen Aktivität reicht von einfachen monosynaptischen Reflexen bis hin zu komplexem Verhalten, z.B. Werkzeuggebrauch, die alle auf ein koordiniertes Zusammenspiel von Neuronen und Muskeln angewiesen sind. Motorische Kontrolle, d.h., die neuronalen Mechanismen, die eine Muskelaktivierung in koordinierter und sinnvoller Weise ermöglichen, stellt die Stabilität und Integrität unseres Körpers in seiner Umgebung sicher. Im Vergleich zu sensorischen, kognitiven oder affektiv-emotionalen Systemen ist die Leistung des motorischen Systems in Form des zu beobachtenden motorischen Effekts besonders einfach quantifizierbar und kann zwischen verschiedenen Spezies verglichen werden. Bei der Erforschung der neuronalen Mechanismen, die der motorischen Kontrolle zugrunde liegen, bietet der Vergleich motorischer Verhaltensparameter über Spezies hinweg die besondere Chance, die Kluft zwischen molekularer, zellulärer und systemischer Ebene zu überbrücken. Dies besitzt auch klinische Relevanz: das motorische System ist bei vielen, wenn nicht bei allen neurologischen und psychiatrischen Störungen betroffen. Daher wird ein umfassenderes Verständnis des motorischen Systems unser Wissen um die neuronalen Grundlagen von neurologischen und psychiatrischen Störungen voranbringen. Im Wechselspiel ermöglichen neuropsychiatrische Erkrankungen neue Einblicke in die (Dys-)Funktion des motorischen Systems und eignen sich dazu, Modelle der motorischen Kontrolle gezielt zu überprüfen.

Im Sonderforschungsbereich (SFB) 1451 arbeiten Neurowissenschaftler zusammen, die genetische Faktoren, zelluläre und synaptische sowie system-/neuronale Netzwerkprozesse untersuchen, die der motorischen Kontrolle bei Tier und Mensch zugrunde liegen, und zwar sowohl im Gesunden als auch bei neuropsychiatrischen Erkrankungen. Alle Forscher fühlen sich der facettenreichen, iterativen und integrativen Agenda des SFB verpflichtet, mit dem langfristigen Ziel, die wesentlichen Mechanismen zu identifizieren, die der normalen und pathologischen motorischen Kontrolle zugrunde liegen. Das Forschungsthema und der umfassende, interdisziplinäre und kooperative Ansatz sind einzigartig in Deutschland. Der SFB wird neue Einsichten in die genetischen, zellulären und systemischen Mechanismen ermöglichen, die zur motorischen Präzision, Koordination, Flexibilität und motoischem Lernen beitragen (Forschungsbereich A). Erforscht wird auch, wie sich diese Mechanismen über die gesamte Lebensspanne hinweg entwickeln bzw. verändern (Forschungsbereich B). Schließlich werden Untersuchungen zur krankheitsbedingten Störung der motorischen Kontrolle (Forschungsbereich C) a) die Validierung von Modellen der physiologischen motorischen Kontrolle und ihrer Entwicklung erlauben, b) unser Verständnis neurologischer und psychiatrischer Störungen, die zu motorischen Beeinträchtigungen führen, verbessern, und c) neue Perspektiven für deren Behandlung eröffnen.

Ökosysteme sind weltweit durch anthropogene Degradation, Fragmentierung und Klimawandel bedroht. Pflanzen sind Teil fast aller Nahrungsnetze und entscheidend für das Funktionieren von Ökosystemen. Daher ist ihre Fähigkeit, sich an Umweltveränderungen anzupassen, von entscheidender Bedeutung. Im SFB TRR 341 untersuchen wir die Genetik der Pflanzenanpassung an ihre Umwelt. Unter Verwendung modernster Gentechnologien mit einer Kombination aus Feldstudien und kontrollierten Umweltmanipulationen versuchen wir, die genetische Variation zu identifizieren, die dem Überleben und der Reproduktion von Pflanzen zugrunde liegt, die unter veränderter Ressourcenverfügbarkeit, abiotischem Stress und Konkurrenzdruck wachsen.

Die Arbeit in TRR 341 liefert Schlüsselinformationen zu den Merkmalen, Genen und genetischen Varianten, die die Anpassung an globale Umweltveränderungen bei Pflanzen fördern, und zukünftige Bemühungen zur Erhaltung natürlicher Ökosysteme unterstützen.

Ansprecherinnen: Prof. Juliette de Meaux (UzK) and Prof. Maria von Korff-Schmising (HHU)

Kontakt: Dr. Charalampos Mantziaris trr341-office@uni-koeln.de