Ziele
Das UltraStrukturNetzwerk (USN) ist ein Projekt, das durch das MPI für Molekulare Genetik in Kooperation mit der Charité 2002 initiiert wurde. Es wird getragen von über 15 Arbeitsgruppen unterschiedlicher Institutionen aus dem Raum Berlin-Brandenburg (z.B. FU Berlin, TU Berlin, HU Berlin, MDC Berlin, FMP Berlin, Universität Potsdam). Zielsetzung ist die Analyse von supramolekularen Strukturen im High-Throughput-Verfahren mittels Massenspektrometrie (MS) und Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM).

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 nächst höheren 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:

1. Affinitätsreinigung von Komplexen aus Zellsystemen mittels spezieller Tags (z.B. TAP-tag), die eine Darstellung in nativer Form erlauben.
2. MALDI-TOF/TOF Massenspektrometrie zur direkten Analyse der Proteinkomposition von Komplexen, ohne daß es einer vorherigen Trennung durch 1D- oder 2D-Gelelektrophorese bedarf.
3. Kryo-Elektronenmikoskopie in Kombination mit 3D-Rekonstruktion. Diese Methode erlaubt es große Strukturen unter nahezu physiologischen Bedingungen zu analysieren, so daß verschiedene Funktionszustände verglichen werden können. Die Automatisierung von Datensammlung und Prozessierung ist hier vorgesehen.

Organisation und Förderung
Die notwendige Infrastruktur wird mit finanzieller Unterstützung aus Mitteln der EU und der Senatsverwaltung für Wissenschaft, Forschung und Kultur bereitgestellt (u.a. Bruker UltraFlex MALDI-TOF/TOF, Polara G² 300 kV Helium Kryo-Mikroskop von FEI) und ist hauptsächlich am MPI für molekulare Genetik angesiedelt. Damit wird eine auch im internationalen Vergleich auf höchstem technologischen Niveau stehende Einrichtung verwirklicht, die im Raum Berlin-Brandenburg zu einer weiteren Stärkung des Bereichs ‚Functional Genomics'-‚Structural Proteomics' führt.