Senior-Professor am LIMES-Institut der Universität Bonn

Prof. Dr. U. Benjamin Kaupp
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Clausius-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Wegelerstr. 12, 53115 Bonn
phone: +49(0)228 – 73-3830
e-mail: ubkaupp@uni-bonn.de

Sekretariat:
Heike Krause
phone: +49(0)228 – 73-3830
e-mail: heike.krause@uni-bonn.de

Emeritus Direktor Molekulare Neurosensorik
Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften
Am Faßberg 11
37077 Göttingen
Telefon: +49 551 201-1675
benjamin.kaupp@mpinat.mpg.de

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Unsere Arbeitsgruppe untersucht die Signalverarbeitung in Zellen. Wir wollen verstehen, wie Zellen Reize detektieren und in eine physiologische Antwort umwandeln. Die zelluläre Signalwandlung ist ein faszinierendes Forschungsgebiet, auf dem weltweit viele Wissenschaftler arbeiten. Ein tiefgreifendes Verständnis dieser komplexen Fragestellung erfordert den Einsatz modernster biologischer, chemischer und physikalischer Techniken. Deshalb arbeiten in unserer Gruppe Biologen, Chemiker und Physiker eng zusammen. 

Insbesondere untersuchen wir die Signalwandlung in Sinneszellen und Spermien. Sehzellen in der Netzhaut des Auges erzeugen ein elektrisches Signal mithilfe einer Kette biochemischer Reaktionen. Riechzellen reagieren auf Duftstoffe ebenfalls mit einem elektrischen Signal. Wir möchten die molekularen Mechanismen der Signalwandlung aufklären, insbesondere die Struktur, Interaktion und Funktion der Signal Proteine. Besonders intensiv untersuchen wir Rezeptoren, Ionenkanäle und Transporter. Zu den Rezeptoren gehören das Sehpigment Rhodopsin und Chemorezeptoren; zu den Ionenkanälen gehören die zyklischen Nukleotid-gesteuerten (CNG)-Kanäle aus Sehzellen und die Schrittmacherkanäle (HCN-Kanäle) im Herzen und Gehirn; zu den Transportern gehört der Natrium/Protonen-Austauscher. 

Der Erfolg der Befruchtung hängt davon ab, ob Spermien die Eizelle finden. Spermien schwimmen mithilfe eines Flagellums. Auf deren Weg zum Ei orientieren sie sich an chemischen Lockstoffen (Chemotaxis) oder physikalischen Reizen, etwa Temperaturunterschiede im Eileiter (Thermotaxis) oder Fließgeschwindigkeiten im umgebenden Milieu (Rheotaxis). Das „Sinnesorgan“ mit dem Spermien die Reize registrieren ist hauptsächlich der Spermienschwanz, der auch als Steuerruder dient mit dem sie navigieren. Obwohl Lockstoffe durch ähnliche Mechanismen registriert werden wie Duftstoffe oder Licht in Riech- bzw. Sehzellen, verwenden Spermien spezielle Signalmoleküle, die in anderen Zellen nicht vorkommen. Diese Moleküle sehen, flüchtig betrachtet, wie alte Bekannte aus, die man aus Sinnes- bzw. Herzzellen oder aus Neuronen kennt. Sie besitzen aber völlig andere Eigenschaften und dienen anderen physiologischen Funktionen. Wir untersuchen die zellulären Signalwege und -proteine, in Spermien von Seeigeln, Zebrafischen, Lachs, Hering, Aal, Mäusen und Menschen.  

Schließlich entwickeln wir optische Schalter, die für die photonische Steuerung von Rezeptoren und Ionenkanälen eingesetzt werden. Es handelt sich um "Trojanische Pferde", die in die Zelle eingeschleust werden und die mithilfe von Licht Signalmoleküle im Innern der Zelle freisetzen. Mithilfe dieser Trojanischen Pferde kann die zelluläre Signalwandlung zeitlich und räumlich genau verfolgt werden. Diese sogenannten caged compounds in Verbindung mit schnellen Misch- und Quenchtechniken werden auch eingesetzt, um Konformationsänderungen in Proteinen zeitlich und räumlich zu verfolgen.

Techniken

Eine Reihe biophysikalischer Techniken werden eingesetzt, darunter verschiedene optische bildgebende Verfahren (TIRF, STORM, 2P-Mikroskopie), Patch-Clamp-Techniken, Elektronen-Mikroskopie und Tomographie sowie ultraschnelle Quench-Techniken (MHQ) für zeitaufgelöste Doppelelektronen-Elektronenresonanz (DEER) - um nur einige zu nennen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung verschiedener chemischer Werkzeuge, darunter fluoreszierende Liganden, caged compounds und neuartige Photo-Affinitätsmarkierungen.

5 ausgewählte Publikationen 

Jikeli, J. F., Alvarez, L., Friedrich, B. M., Wilson, L. G., Pascal, R., Colin, R., Pichlo, M., Rennhack, A., Brenker, C. &  Kaupp, U. B. (2015) "Sperm navigation along helical paths in 3D chemoattractant landscapes" Nat. Commun. 6, 7985

Strünker, T., Goodwin, N., Brenker, C., Kashikar, N. D., Weyand, I., Seifert, R. &  Kaupp, U. B. (2011) "The CatSper channel mediates progesterone-induced Ca2+ influx in human sperm" Nature 471, 382-386

Kaupp, U. B., Solzin, J., Hildebrand, E., Brown, J. E., Helbig, A., Hagen, V., Beyermann, M., Pampaloni, F. &  Weyand, I. (2003) "The signal flow and motor response controling chemotaxis of sea urchin sperm" Nat. Cell Biol. 5, 109-117

Gauss, R., Seifert, R. &  Kaupp, U. B. (1998) "Molecular identification of a hyperpolarization-activated channel in sea urchin sperm" Nature 393, 583-587

Kaupp, U. B., Niidome, T., Tanabe, T., Terada, S., Bönigk, W., Stühmer, W., Cook, N. J., Kangawa, K., Matsuo, H., Hirose, T., Miyata, T. &  Numa, S. (1989) "Primary structure and functional expression from complementary DNA of the rod photoreceptor cyclic GMP-gated channel" Nature 342, 762-766