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Das UltraStrukturNetzwerk: Wie molekulare Maschinen funktionieren
Neuer wissenschaftlicher Projektverbund in Berlin eröffnet
Proteine sind die Grundbausteine aller Lebewesen. Doch wie funktionieren sie im
Körper? Die bisherigen Erkenntnisse aus der Genomforschung geben uns Hinweise
darauf, dass die meisten Proteine nur im Verbund mit anderen als sog.
molekulare Maschinen ihre eigentlichen Funktionen ausüben können, jedoch ist
bisher für die meisten molekularen Maschinen noch nicht bekannt, welche
Partner wie zusammenarbeiten müssen, damit die jeweiligen Körperfunktionen
reibungslos ablaufen können. Ein neuer Projektverbund, das UltraStrukturNetzwerk
(USN), hat es sich zum Ziel gesetzt, genau diese Proteinkomplexe eingehend zu
untersuchen.Unterstützt durch Europäische Fördermittel (EFRE) und die Berliner
Senatsverwaltung für Wissenschaft, Forschung und Kultur wurde das Großprojekt
[mit einem Gesamtfinanzierungsvolumen von 8 Mio EUR durch das MPI für Molekulare
Genetik in Kooperation mit der Charité und dem Max-Delbrück-Centrum für
Molkulare Medizin (MDC) Berlin-Buch initiiert. Der Verbund wird getragen von
über 15 Arbeitsgruppen unterschiedlicher Institutionen aus Berlin (u.a. FU, TU,
HU, FMP) und Brandenburg (Universität Potsdam, MPI für Molekulare
Pflanzenphysiologie) und stellt für diese eine einzigartige Infrastruktur zur
Untersuchung von Proteinkomplexen im Hochdurchsatzverfahren dar. Zielsetzung ist
die Analyse von supramolekularen Strukturen, den molekularen Maschinen im
Hochdurchsatz-Verfahren mittels hochmoderner Untersuchungsmethoden wie
Massenspektrometrie (MS) und Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM). Die
Einrichtung des UltraStrukturNetzwerkes bedeutet eine einzigartige Ergänzung der
bereits vorhandenen regionalen Expertise im Bereich NMR-Spektroskopie und
Proteinkristallographie.
Konzept
Nach der Sequenzierung des menschlichen Genoms ist die systematische Analyse der
Funktion aller Gene und damit aller Proteine der nächste Schritt bei dem
Versuch, biologische Prozesse und vor allem auch Krankheitsprozesse besser zu
verstehen. Dabei ist klar geworden, daß für die meisten dieser Prozesse nicht
nur einzelne Proteine, sondern große makromolekulare Komplexe von essentieller
Bedeutung sind. Diese sog. molekularen Maschinen setzen sich aus verschiedenen
Komponenten zusammen und unterliegen in ihrer Dynamik einer komplizierten
Regulation. Das Verständnis der Funktion dieser Komplexe hängt von der Kenntnis
ihrer Struktur und Dynamik ab.
Ähnlich der Proteinstrukturfabrik, der weltweit ersten Structural Genomics
-Aktivität auf Basis der Röntgenstrukturanalyse, soll das USN daher die
Voraussetzungen für systematische Analysen auf dem nächsthöheren
Komplexitätsniveau schaffen: Supramolekulare Strukturen sollen hinsichtlich
ihrer Komposition und 3D-Struktur im hohen Durchsatz untersucht werden.
Technologie
Das Konzept des USN baut auf drei Schlüsseltechnologien auf, die im
Laufe der ersten drei Jahre des Projekts zu einer Art Pipeline kombiniert und
für den hohen Durchsatz optimiert werden sollen:
- Affinitätsreinigung von Komplexen aus Zellsystemen mittels spezieller Tags (z.B. TAP-tag), die eine Darstellung in nativer Form erlauben.
- MALDI-TOF/TOF Massenspektrometrie zur direkten Analyse der Proteinkomposition von Komplexen, ohne daß es einer vorherigen Trennung durch 1D- oder 2D-Gelelektrophorese bedarf.
- Kryo-Elektronenmikoskopie in Kombination mit 3D-Rekonstruktion. Diese Methode erlaubt es, große Strukturen unter nahezu physiologischen Bedingungen zu analysieren, so daß verschiedene Funktionszustände visualisiert werden können. Die Automatisierung von Datensammlung und Prozessierung ist hier vorgesehen.
Kontakt
Prof. Dr. Hans Lehrach
MPI für Molekulare Genetik
Ihnestr. 63-73
14195 Berlin
tel +49 (30) 8413 1220
lehrach@molgen.mpg.de
Komplexdarstellung
PD Dr. Bodo Lange
MPI für Molekulare Genetik
tel +49 (30) 8413 1237
Lange_B@molgen-mpg.de
Massenspektrometrie
Dr. Johan Gobom
MPI für Molekulare Genetik
tel +49 (30) 8413 1542
gobom@molgen-mpg.de
Kryo-Elektronenmikroskopie
Dr. Roland Beckmann
Institut für Biochemie
Charité
Monbijoustr. 2
10117 Berlin
tel +49 (30) 450 52 83 15
roland.beckmann@charite.de
Prof. Dr. Christian M.T.Spahn
Institut für Medizinische Physik und Biophysik
Charité
Ziegelstr. 5/9
10117 Berlin
tel +49 (30) 450 52 41 31
christian.spahn@charite.de
Dr. Thorsten Mielke
MPI für Molekulare Genetik
tel +49 (30) 8413 1644
mielke@molgen-mpg.de
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