Genetische und molekulare Determinanten des erblichen Hörverlusts

Der Forschungsschwerpunkt des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie ist das Verständnis der genetischen und molekularen Mechanismen des syndromalen (Pendred-Syndrom) und des nicht-syndromalen malformativen Hörverlusts. In Zusammenarbeit mit der Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde (Prof. G. Rasp und Dr. S. Rösch) der Salzburger Landeskliniken (SALK) haben wir die erste österreichische Kohorte von Patienten mit Hörverlust mit vergrößertem vestibulären Aquädukt (EVA) untersucht, einer der häufigsten Ursachen des sensorineuralen Hörverlusts (Roesch et al., Int J Mol Sci 2018). Das SLC26A4-Gen, das für den Anionenaustauscher Pendrin kodiert, ist häufig bei Patienten mit Pendred-Syndrom und nicht-syndromischem EVA mutiert.

Ziel der Forschung ist ein genaueres Verständnis der molekularen Störungen, die zum Verlust der Funktion pathogener Varianten des Pendrin-Proteins führen, einschließlich struktureller Änderungen, zellulärer Fehllokalisierung, gestörtem Proteinumsatz und veränderter Gentranskription. Der mögliche Beitrag weiterer Gene, unter anderem auch der Connexine GJB2, GJB3 und GJB6, sowie Transkriptionsfaktoren wie FOXI1 und POU3F4 bei der Bestimmung von malformativem Hörverlust wird ebenfalls untersucht. Zusätzlich möchten wir neue Gene und Genveränderungen im Zusammenhang mit Hörverlust identifizieren, die bisher ungeklärte Krankheitsbilder bei Patienten erklären können. Ziel ist es, Strategien für die Entwicklung zukünftiger Therapien zu identifizieren.

Das Institut für Pharmakologie und Toxikologie besitzt die vom Bundesministerium für Arbeit, Soziales, Gesundheit und Konsumentenschutz (Österreich) erteilte Zulassung zur diagnostischen Genanalyse (Zulassungsnummer: BMASGK-76120/0007-IX / B / 16c / 2018). Die analysierten Gene sind GJB2, GJB6, SLC26A4 und POU3F4, die alle eine fundamentale Rolle bei der Pathogenese des sensorineuralen Hörverlusts spielen, die mit Fehlbildungen des Innenohrs zusammenhängt. Weitere Gene werden für Forschungszzwecke untersucht.

Zentrale Publikationen

Bernardinelli E, Roesch S, Simoni E Marino A, Rasp G, Astolfi L, Sarikas A and Dossena S. Novel POU3F4 variants identified in patients with inner ear malformations exhibit aberrant cellular distribution and lack of SLC6A20 transcriptional upregulation. Front Mol Neurosci. Sept 2022.

Roesch, S; Bernardinelli, E; Nofziger, C; Tóth, M; Patsch, W; Rasp, G; Paulmichl, M; Dossena, S; Functional Testing of SLC26A4 Variants-Clinical and Molecular Analysis of a Cohort with Enlarged Vestibular Aqueduct from Austria. Int J Mol Sci. 2018; 19(1):

Pera A, Dossena S, Rodighiero S, Gandía M, Bottà G, Meyer G, Moreno F, Nofziger C, Hernández-Chico C, Paulmichl M. Functional assessment of allelic variants in the SLC26A4 gene involved in Pendred syndrome and nonsyndromic EVA. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105:18608-18613.

Dossena S, Bizhanova A, Nofziger C, Bernardinelli E, Ramsauer J, Kopp P, Paulmichl M. Identification of allelic variants of pendrin (SLC26A4) with loss and gain of function. Cell Physiol Biochem. 2011;28:467-76.

Oxidativer Stress bei Krankheiten und Alterung des Menschen

Reactive Oxygen Species (ROS) sind hoch reaktive Moleküle, die normalerweise durch den Zellstoffwechsel oder als Folge der Exposition gegenüber Umweltfaktoren und Xenobiotika entstehen. Wenn ROS sich über die antioxidative Kapazität biologischer Systeme hinaus akkumulieren, entsteht ein Zustand, der als oxidativer Stress (OS) bezeichnet wird. OS liegt verschiedenen pathophysiologischen Veränderungen im Körper wie Diabetes Mellitus, Hörverlust, Epilepsie und der Alterung zugrunde. Ziel der Forschung ist die Identifizierung von zellulären und molekularen Targets von OS, mit dem Schwerpunkt auf Ionenkanälen und Transportern, und die Verwendung von Antioxidantien, um den schädlichen Auswirkungen von OS auf Zellebene entgegenzuwirken.

Zentrale Publikationen

Remigante A, Spinelli S, Straface E, Gambardella L, Caruso D, Falliti G, Dossena S, Marino A, Morabito R. Açaì (Euterpe oleracea) Extract Protects Human Erythrocytes from Age-Related Oxidative Stress. Cells. 2022 Aug 3;11(15):2391.

Remigante A, Spinelli S, Basile N, Caruso D, Falliti G, Dossena S, Marino A, Morabito R. Oxidation Stress as a Mechanism of Aging in Human Erythrocytes: Protective Effect of Quercetin. Int J Mol Sci. 2022 Jul 14;23(14):7781.

Remigante A, Spinelli S, Trichilo V, Loddo S, Sarikas A, Pusch M, Dossena S, Marino A, Morabito R. d-Galactose induced early aging in human erythrocytes: Role of band 3 protein. J Cell Physiol. 2022 Feb;237(2):1586-1596.

Neue Lehrmedien in der Medizin / Learning analytics

Das Internet und die Omnipräsenz mobiler Endgeräte eröffnen neue didaktische Möglichkeiten für die Hochschullehre. Wir untersuchen mittels quantitativer (Umfragen) und qualitativer (Fokusgruppen, Interviews) Methoden die Prävalenz und Nutzung digitaler Lernmedien bei heutigen Studierenden und deren Potential und Limitationen für Wissenserwerb und -transfer. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist das Erheben, Analysieren und Auswerten von digitalen Daten im Lernkontext (Learning analytics).

Ziel ist die evidenzbasierte Entwicklung von Analysealgorithmen, um den Wissensstand und Lernfortschritt der Studierenden dynamisch zu messen, potentielle Problembereiche aufzudecken und so zur Optimierung des Lehr-/Lernprozesses beizutragen.

Zentrale Publikationen

Kühbeck, F; Berberat, PO; Engelhardt, S; Sarikas, A. Correlation of online assessment parameters with summative exam performance in undergraduate medical education of pharmacology: a prospective cohort study. BMC Med Educ. 2019; 19(1):412

Gutmann J, Kühbeck F, Berberat PO, Fischer MR, Engelhardt S, Sarikas A. Use of learning media by undergraduate medical students in pharmacology: a prospective cohort study. PLoS One. 2015;10:e0122624

Kräenbring J, Monzon Penza T, Gutmann J, Muehlich S, Zolk O, Wojnowski L, Maas R, Engelhardt S, Sarikas A. Accuracy and completeness of drug information in wikipedia: a comparison with standard textbooks of pharmacology. PLoS One. 2014;9:e106930.

Kühbeck F, Engelhardt S, Sarikas A. OnlineTED.com - a novel web-based audience response system for higher education. A pilot study to evaluate user acceptance. GMS Z Med Ausbild. 2014; 31: Doc5.

Wir legen größten Wert auf exzellente Lehre. Als Kerninstitut der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität unterrichten wir vollumfänglich die Fachgebiete Allgemeine und Spezielle Pharmakologie und Toxikologie sowie Pharmakotherapie für die Studiengänge Humanmedizin und Pharmazie.

In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München betreiben wir Pharmacases.de, eine Peer-Teaching- und Open Access-E-Learning-Plattform für Pharmakologie.

Weitere Informationen: www.pharmacases.de

Prof. Sarikas und sein Team entwickelte OnlineTED.de, ein innovatives webbasiertes Abstimmungssystem für Bildungseinrichtungen.

Weitere Informationen: www.onlineTED.de

Online-Lehrangebote des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie:

• Peer-Teaching- und E-Learningprojekt Pharmacases www.pharmacases.de
• Wirkstoffliste PMU300 www.pmu300.at
• Abstimmungsystem OnlineTED www.onlineted.de

Das Institut für Pharmakologie und Toxikologie bietet folgende Lehrveranstaltungen an der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität in Salzburg an:

Diplomstudiengang Humanmedizin:

• Vorlesung "Pharmakologie und Toxikologie"

Bachelorstudiengang Pharmazie:

• Vorlesung "Allgemeine Pharmakologie A"
• Vorlesung "Allgemeine Pharmakologie B"

Das Institut für Pharmakologie und Toxikologie bietet folgende Methoden und Analysen im Rahmen wissenschaftlicher Kollaborationsprojekte für akademische Einrichtungen und Firmen an:

Elektrophysiologie Einheit

Moderne Patch-Clamp-Einheit, bestehend aus einem EPC 10 USB-Verstärker (HEKA, Deutschland), einem pneumatischen Vibrationsschutztisch, einem piezoelektrischen Mikromanipulator (Scientifica) und einem inversen Phasenkontrastmikroskop (Motic AE31) mit Fluoreszenz- und FITC- und TRITC-Emissionsfilter zur Identifizierung transfizierter Zellen, Perfusionssystem mit ALA VC4-Ventilsteuerung und Vakuumpumpe, Macintosh-Computer, auf dem die Erfassungssoftware PatchMaster ausgeführt wird. Die Benutzer haben Zugang zu einem horizontalen Abzieher (Sutter Instruments) und einer Mikroforge (Narishige) zum Bau von Elektroden sowie zu einem Zellkulturraum der Biosicherheitsstufe II.

Weitere Informationen

Molekulare Bildgebung

Echtes konfokales System, ausgestattet mit 4 Lasern (Diode, Argon, DPSS, Helium / Neon) mit 8 Anregungslinien (405, 458, 476, 488, 496, 514, 561, 633 nm), konventioneller und resonanter Scanner für schnelle Aufnahmegeschwindigkeit akustooptischer Strahlteiler (AOBS) zur besseren Übertragung des emittierten Lichts, akustooptisch abstimmbarer Filter (AOTF) zur Feinsteuerung der Laserleistung, 3 Photomultiplier (PMTs) mit Spektraldetektoren zur freien Wahl des Emissionsfensters und ein Hybrid Detektor (hyD) zur optimalen Signal-Rausch-Verhältnis-Erfassung im roten Emissionsbereich, 5 Objektive (10x, 20x, 40x und zwei 63x) einschließlich eines 63x-Immersionsobjektivs zur Abbildung lebender Proben, Temperatur-, Feuchtigkeits- und CO2-Kontrolle. Das konfokale Mikroskop befindet sich in einem Laborraum für Biosicherheitsstufe II, der mit einer Hood für die Biosicherheitsstufe II, einem Inkubator für Zellkultur, einem Kühlschrank, einem Gefrierschrank, einer kleinen Dunstabzugshaube und einem System mit entionisiertem Wasser des Typs III ausgestattet ist.

Weitere Informationen

Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) Assay

Einzelnukleotidpolymorphismus (SNP) Assays bestimmen Prävalenz und den Genotyp eines oder mehrerer SNPs in einer Patientenkohorte. Hierzu wird genomische DNA durch eine automatisierte EZ1 Advanced XL-Plattform (Qiagen) aus nicht mehr als 350 ul peripherem Blut extrahiert und mittels Realtime-PCR mit allelspezifischen Primern und einem sondenbasierten Reportersystem auf dem Rotor Gene Q (QIAGEN) analysiert. 72 Proben können gleichzeitig analysiert werden.  

Untersuchung der subzellulären Lokalisierung und Protein-Protein-Interaktion

Die Untersuchung der Proteinexpression in einem subzellulären Kompartiment oder die Kolokalisierung von zwei oder mehr Proteinen in der Zelle sind nützliche Strategien zur Aufklärung von Proteinfunktion, Interaktion und zellulärem Proteintrafficking. Die Kolokalisierung von nativen oder rekombinanten Proteinen in lebenden oder fixierten Zellen wird quantifiziert und statistisch ausgewertet, um Unterschiede zwischen Proteinvarianten oder verschiedenen Bedingungen aufzudecken. Marker von Zellkompartimenten wie Zellkern, Plasmamembran, endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Komplex, Mitochondrien und Autophagosomen ermöglichen die Identifizierung des spezifischen subzellulären Kompartiments eines Proteins. Durch Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) wird die Identifizierung und direkte Interaktion zwischen Proteinpaaren und lebenden oder fixierten Zellen unter verschiedenen Laborbedingungen ermöglicht. Die molekulare Bildgebung wird mit einem konfokalen Leica TCS SP5 II-Mikroskop durchgeführt, das mit 4 Lasern und 8 Anregungswellenlängen (405, 458, 476, 488, 496, 514, 561, 633 nm) ausgestattet ist.

Arnoldas Matulevicius, MA, Erasmus student, Vilnius Gediminas Technical University, Litauen

Rapolas Jamontas, Master Student, Vilnius Gediminas Technical University, Litauen

Jokubas Siuipys, Erasmus Student, Vilnius Gediminas Technical University, Litauen

Laura Raschke, PMU300 Section Editor

Christian Puttinger, PMU300 Section Editor

Andreas Preuschoff, BSc, PMU300 Section Editor