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Der Schwerpunkt seiner wissenschaftlichen Arbeiten lag auf dem Gebiet der synaptischenTransmission und später der Signalübertragung durch extrazelluläre Nukleotide. Im Labor von Victor P. Whittaker in Cambridge begann er seine Studien zur Dynamik des synaptischen Vesikelkompartiments. Er nutzte das elektrische Organ des Zitterrochens (Torpedo marmorata), das neuromuskulären Kontakten des Säugers homolog ist, als Modellsystem für die cholinergesynaptischeErregungsübertragung. Er wies nach, dass Aktivierung der Synapse sowohl eine morphologische als auch eine biochemische Heterogenität synaptischer Vesikel induziert. Diese Untersuchungen lieferten eine zellbiologische Erklärung für ein bis dahin ungelöstes Problem aus der früheren Untersuchungsgeschichte der synaptischen Transmission, nämlich, dass stimulierte Nervenendigungen neu synthetisierten Überträgerstoff präferentiell freisetzen.[1][2]
Ein weiteres Untersuchungfeld betraf die sog. purinerge Erregungsübertragung, die Signalübertragung durch extrazelluläre Nukleotide wie Adenosintriphosphat (ATP). Im Mittelpunkt seiner Untersuchungen standen die biochemischen Mechanismen, über die freigesetzte Nukleotide bis zum Nukleosid abgebaut werden. Dies führte zur Isolierung und molekularen Klonierung des AMP-hydrolysierenden Enzyms Ekto-5'-Nukleotidase sowie einer Anzahl von Nukleosidtriphosphat- und Nukleosiddiphosphat-hydrolysierenden Enzymen der Familie der Ekto-Nukleosidtriphosphatdiphosphohydrolasen.[3] Er initiierte eine neue Nomenklatur für diese Enzyme sowie für die Ekto-Pyrophosphatasen/Phosphodiesterasen.[4]
In letzter Zeit führte er Untersuchungen zum Proteom synaptischer Vesikel durch sowie zur Rolle von extrazellulären Nukleotiden bei der Kontrolle der adulten Neurogenese, der Neubildung von Nervenzellen im Gehirn erwachsener Säuger.
Auszeichnungen und Mitgliedschaften
2000 Johannes-Müller-Vorlesung, Berlin
2006 Geoffrey Burnstock Lecture, Ferrara, Italien
2007 Wahl zum Korrespondierenden Mitglied der Real Academia Nacional de Farmacia, Spanien
2013 Giuliana Fassina Award des Italian Purine Club
Veröffentlichungen (Auswahl)
mit H. Altner: The saccus vasculosus. In: The Structure and Function of Nervous Tissue. Vol. V. Academic Press, New York / London 1972, ISBN 0-19-508293-1, S. 293–328.
mit C. R. Denston: Recycling of synaptic vesicles in the cholinergic synapses of the Torpedo electric organ during induced transmitter release. In: Neuroscience. 2 (1977), S. 695–714. PMID 22832
mit V. P. Whittaker: Morphological and biochemical heterogeneity of cholinergic synaptic vesicles. In: Nature. Lond. 267 (1977), S. 633–635. PMID 876386
Turnover of adenine nucleotides in cholinergic synaptic vesicles of the Torpedo electric organ. In: Neuroscience. 3 (1978), S. 827–836.
mit M. J. Dowdall und D. A. Lane: Purine salvage at the cholinergic nerve endings of the Torpedo electric organ: the central role of adenosine. In: Neuroscience. 4 (1979), S. 979–993. PMID 552616
Vesicle recycling and transmitter release. In: Neuroscience. 4 (1979), S. 1773–1804. PMID 43485
mit G. W. Kreutzberg und M. Reddington (Hrsg.): Cellular Biology of Ectoenzymes. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg / New York / Tokyo 1986, ISBN 978-3-642-70666-0.
mit E. J. M. Grondal: Purification, characterization and cellular localization of 5'-nucleotidase from Torpedo electric organ. In: Biochem. J. 245 (1987), S. 805–810. PMID 2822031; PMC 1148201 (freier Volltext)
mit W. Volknandt, M. Vogel, J. Pevsner, Y. Misumi und Y. Ikehara: 5'-nucleotidase from the electric ray electric lobe. Primary structure and relation to mammalian and procaryotic enzymes. In: Biochem. J. 202 (1991), S. 855–861. PMID 1765099
Synaptic Transmission. Cellular and Molecular Basis. Thieme/Oxford University Press, 1993.
mit B. Kegel, N. Braun, P. Heine, C. R. Maliszewski: An ecto-ATPase and an ecto-ATP diphosphohydrolase are expressed in brain. In: Neuropharmacology. 36 (1997), S. 1189–1200. PMID 9364474
mit P. Illes (Hrsg.): Nucleotides and their Receptors in the Nervous System. Elsevier, Amsterdam / New York / Oxford / Tokyo 1999. ISBN 978-0-08-086245-3
mit N. Braun, S. Fengler, C. Ebeling und J. Servos: Sequencing, functional expression and characterization of rat NTPDase6, a nucleoside diphosphatase and novel member of the ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase family. In: Biochem. J. 351 (2000), S. 639–647. PMID 11042118; PMC 1221403 (freier Volltext)
mit S. K. Mishra, N. Braun, V. Shukla, M. Füllgrabe, C. Schomerus, H.-W. Korf, C. Gachet, Y. Ikehara, J. Sévigny und S. C. Robson: Extracellular nucleotide signaling in adult neural stem cells: synergism with growth factor-mediated cellular proliferation. In: Development. 133 (2006), S. 675–684. PMID 16436623; doi:10.1242/dev.02233
mit J. Burré, T. Beckhaus, H. Schägger, C. Corvey, S. Hofmann, M. Karas und W. Volknandt: Analysis of the synaptic vesicle proteome using three gel-based protein separation techniques. In: Proteomics. 6 (2006), S. 6250–6262. PMID 17080482; doi:10.1002/pmic.200600357