Immunmetabolismus

Leitung: Dr. rer. nat. Katrin Palumbo-Zerr / Dr. rer. nat. Carina Scherbel (née Scholtysek)

In unserer Gruppe konzentrieren wir uns auf den intrazellulären Stoffwechsel im Zusammenhang mit der Dynamik und den Funktionen von Immun- und Knochenzellen. Da metabolische Umprogrammierung und veränderte Bioenergetik inzwischen als Kennzeichen bei der Entstehung von Entzündungen und Knochenzerstörungen identifiziert wurden, legen wir einen besonderen Schwerpunkt auf die Identifizierung neuartiger Angriffspunkte für immunmetabolische Kontrollpunkte im Zusammenspiel von epigenetischer Umprogrammierung und Zellstoffwechsel.

  • Entschlüsselung der immunmetabolischen Reaktion von Makrophagen während der Beseitigung apoptotischer Zellen und der Beendigung der Entzündung

Die Beseitigung apoptotischer Zellen (ACs) durch Makrophagen (MФs) fördert eine tiefgreifende entzündungshemmende Umprogrammierung dieser Phagozyten und ermöglicht dadurch das Abklingen von Entzündungen und die Wiederherstellung der Gewebehomöostase. Die molekularen Mechanismen, die diese entzündungsfördernde Umstellung der MФs regulieren, sind noch weitgehend unklar, tragen aber wesentlich zur Beendigung der Entzündung bei.
In unserem Projekt konzentrieren wir uns auf die Identifizierung neuartiger Modulatoren, die zu diesen metabolischen und epigenetischen Veränderungen in MФs beitragen. Der zelluläre Stoffwechsel und das Epigenom stehen in einer bidirektionalen Wechselwirkung zueinander. Daher wollen wir die zugrundeliegenden Mechanismen besser verstehen und ihre Bedeutung für die Behebung von Entzündungen und menschlichen Krankheiten ermitteln.

  • Verständnis des metabolisch-epigenetischen Crosstalks während der Osteoklastenbildung und des Knochenumsatzes

Osteoklasten spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Knochenmasse, und eine übermäßige Osteoklastenbildung ist an verschiedenen Pathologien beteiligt, darunter Osteoporose oder Gelenkzerstörung bei Autoimmunarthritis. Während die molekularen Vorgänge, die die Osteoklastendifferenzierung und -aktivierung auslösen, eingehend untersucht wurden, ist das Wissen über den Zellstoffwechsel und seine Auswirkungen auf die Funktion der Osteoklasten noch begrenzt.
In diesem Projekt wollen wir eine bioenergetische Karte erstellen, um die Stoffwechseldynamik während der Osteoklastenbildung zu entschlüsseln und neue Regulatoren des Knochenumsatzes zu identifizieren. Da sich Veränderungen im zellulären Stoffwechsel und die Umgestaltung des Chromatins gegenseitig beeinflussen, werden wir einen besonderen Schwerpunkt auf die Wechselwirkungen zwischen dem Stoffwechsel und Veränderungen im epigenetischen Profil der Osteoklasten und des osteoklastenvermittelten Knochenumsatzes legen.

Katrin Palumbo-ZerrArbeitsgruppenleiterin
Carina Scherbel (née Scholtsek)Arbeitsgruppenleiterin
Rossella MancusoMedizinisch-technische Assistentin
Thea Hofmann 

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Einzelantrag “Die Rolle der Caspase-Aktivierung in der Regulation der Osteoklastenfusion und der Knochenhomöostase" (2019-2023) - Dr. Carina Scherbel

  1. Faas M, Ipseiz N, Ackermann J, Culemann S, Grüneboom A, Schröder F, Rothe T, Scholtysek C, Eberhardt M, Böttcher M, Kirchner P, Stoll C, Ekici A, Fuchs M, Kunz M, Weigmann B, Wirtz S, Lang R, Hofmann J, Vera J, Voehringer D, Michelucci A, Mougiakakos D, Uderhardt S, Schett G, Krönke G. (2021) IL-33-induced metabolic reprogramming controls the differentiation of alternatively activated macrophages and the resolution of inflammation. Immunity. 54(11):2531-2546.e5.
  2. Müller DIH, Stoll C, Palumbo-Zerr K, Böhm C, Krishnacoumar B, Ipseiz N, Taubmann J, Zimmermann M, Böttcher M, Mougiakakos D, Tuckermann J, Djouad F, Schett G, Scholtysek C, Krönke G. (2020) PPARδ-mediated mitochondrial rewiring of osteoblasts determines bone mass. Sci Rep. 10(1):8428.
  3. Taubmann J, Krishnacoumar B, Böhm C, Faas M, Müller DIH, Adam S, Stoll C, Böttcher M, Mougiakakos D, Sonnewald U, Hofmann J, Schett G, Krönke G, Scholtysek C. (2020) Metabolic reprogramming of osteoclasts represents a therapeutic target during the treatment of osteoporosis. Sci Rep. 10(1):21020.
  4. Brunner JS, Vulliard L, Hofmann M, Kieler M, Lercher A, Vogel A, Russier M, Brüggenthies JB, Kerndl M, Saferding V, Niederreiter B, Junza A, Frauenstein A, Scholtysek C, Mikami Y, Klavins K, Krönke G, Bergthaler A, O'Shea JJ, Weichhart T, Meissner F, Smolen JS, Cheng P, Yanes O, Menche J, Murray PJ, Sharif O, Blüml S, Schabbauer G. (2020) Environmental arginine controls multinuclear giant cell metabolism and formation. Nat Commun. 11(1):431.
  5. Scholtysek C, Ipseiz N, Böhm C, Krishnacoumar B, Stenzel M, Czerwinski T, Palumbo-Zerr K, Rothe T, Weidner D, Klej A, Stoll C, Distler J, Tuckermann J, Herrmann M, Fabry B, Goldmann WH, Schett G, Krönke G. (2018) NR4A1 Regulates Motility of Osteoclast Precursors and Serves as Target for the  Modulation of Systemic Bone Turnover. J Bone Miner Res. 33(11):2035-2047.
  6. Palumbo-Zerr K, Soare A, Zerr P, Liebl A, Mancuso R, Tomcik M, Sumova B, Dees C, Chen CW, Wohlfahrt T, Mallano T, Distler A, Ramming A, Gelse K, Mihai C, Distler O, Schett G, Distler JH. (2017) Composition of TWIST1 dimers regulates fibroblast activation and tissue fibrosis. Ann Rheum Dis. 76(1):244-251.
  7. Mallano T, Palumbo-Zerr K, Zerr P, Ramming A, Zeller B, Beyer C, Dees C, Huang J, Hai T, Distler O, Schett G, Distler JH. (2016) Activating transcription factor 3 regulates canonical TGFβ signalling in systemic sclerosis. Ann Rheum Dis. 75(3):586-92.
  8. Palumbo-Zerr K, Zerr P, Distler A, Fliehr J, Mancuso R, Huang J, Mielenz D, Tomcik M, Fürnrohr BG, Scholtysek C, Dees C, Beyer C, Krönke G, Metzger D, Distler O, Schett G, Distler JH. (2015)Orphan nuclear receptor NR4A1 regulates transforming growth factor-β signaling and fibrosis. Nat Med. 21(2):150-8.
  9. Palumbo-Zerr K, Horn A, Distler A, Zerr P, Dees C, Beyer C, Selvi E, Cravatt BF, Distler O, Schett G, Distler JH. (2012) Inactivation of fatty acid amide hydrolase exacerbates experimental fibrosis by enhanced endocannabinoid-mediated activation of CB1. Ann Rheum Dis. 71(12):2051-4.
  10. Scholtysek C, Katzenbeisser J, Fu H, Uderhardt S, Ipseiz N, Stoll C, Zaiss MM, Stock M, Donhauser L, Böhm C, Kleyer A, Hess A, Engelke K, David JP, Djouad F, Tuckermann JP, Desvergne B, Schett G, Krönke G. (2013) PPARβ/δ governs Wnt signaling and bone turnover. Nat Med. 19(5):608-13.