Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences (FMLS) - CEF-MC

20 21
Das leben einer Zelle beruht auf einer großen anzahl
komplexer chemischer reaktionen, die in ihrer
Gesamtheit die energieversorgung der Zelle, ihre
Integrität und stabilität sowie ihre Kommunikation
mit anderen Zellen und zellspezifische funktionen sicherstellen.
Damit die vielen chemischen reaktionen
gleichzeitig nebeneinander ablaufen können, trennt die
Zelle sie räumlich voneinander: Die reaktionen laufen
in verschiedenen organellen ab, die von membranen
umhüllt sind. Diese Kompartimentierung reicht jedoch
nicht, um die vielfältigen funktionen einer Zelle räumlich
und zeitlich zu koordinieren. Die notwendige hohe
präzision in den abläufen einer Zelle erfolgt durch
die Bildung großer Komplexe, die aus vielen verschiedenen
proteinen und/oder anderen biologischen makromolekülen
bestehen. Diese Komplexe sorgen zum
einen dafür, dass die verschiedenen reaktionszentren
nah genug beieinander sind, damit das produkt eines
enzyms möglichst schnell und effizient vom nächsten
enzym weiterverarbeitet werden kann. Zum anderen
befinden sich in den Komplexen regulatorische faktoren,
die bestimmte aktivitäten entweder unterdrücken
oder erst ermöglichen. Die untersuchung der regulatorischen
funktionen in Komplexen, die innerhalb der
Zelle vorliegen, ist eines der zentralen forschungsgebiete
des Cef.
B.1
Makromolekulare Komplexe
der Signaltransduktion
forsCHunGsBereICH B – lÖslICHe maKromoleKulare Komplexe
KoMPlexeS räDerwerK
eine große schwierigkeit bei der untersuchung dieser
Komplexe liegt darin, dass viele wichtige regulatorische
Wechselwirkungen zwischen verschiedenen
Komponenten über Komplexe ablaufen, die sich nicht
in stabiler form isolieren lassen, also transienter natur
sind. andere Wechselwirkungen sind hingegen so stark,
dass sich die Komponenten nicht einzeln analysieren
lassen. für die untersuchung eines derart weiten spektrums
von Wechselwirkungen ist eine Vielzahl biochemischer,
zellbiologischer und biophysikalischer methoden
notwendig, von denen viele in den verschiedenen
arbeitsgruppen des Cef etabliert sind.
ein besonders großer und wichtiger makromolekularer
Komplex ist das ribosom, an dem die Übersetzung des
genetischen Codes in die aminosäuresequenz der proteine
erfolgt. ribosomen sind nicht nur eines der komplexesten
reaktionszentren der Zelle, sondern sie haben
darüber hinaus die Besonderheit, dass ihre zen tralen
chemischen reaktionszentren nicht von proteinen gebildet
werden, sondern aus rna bestehen. forscher im
Cef fokussieren sich auf die strukturelle untersuchung
des ribosoms insbesondere mittels röntgenstrukturanalyse.
Derartige untersuchungen liefern zum Beispiel
auch wichtige Informationen über die Wirkung von antibiotika,
die sich selektiv an ribosomen von Bakterien
binden und dann die proteinbiosynthese inhibieren.
das forschungsgebiet b des cef gliedert sich in folgende bereiche
B.2
nukleäre Komplexe
B.3
rna-Protein-Komplexe
B.4
wechselwirkung mit kleinen
Molekülen
ein besonderer forschungsfokus bei der Charakterisierung
von protein-protein-Wechselwirkungen liegt
auf der untersuchung so genannter posttranslationaler
modifikationen. Durch sie werden verschiedene chemische
Gruppen an bestimmte seitenketten eines proteins
angehängt, zum Beispiel phosphat-, acetyl- und methylgruppen,
aber auch kleine proteine wie ubiquitin oder
sumo. In jedem fall hat das modifizierte protein durch
das anhängen einer dieser Gruppen veränderte physikochemische
eigenschaften, wodurch Wechselwirkungen
mit anderen biologischen makromolekülen entweder
verhindert, verstärkt oder erst ermöglicht werden.
eine der vielseitigsten modifikationen ist das anhängen
des kleinen proteins ubiquitin an lysinseitenketten. ursprünglich
wurde angenommen, dass dieses Übertragen
von ubiquitin ausschließlich als signal für den abbau
eines derart modifizierten proteins dient. mittlerweile
ist eine große anzahl anderer prozesse wie etwa Dnareparatur
oder aufnahme bestimmter proteine in die
Zelle bekannt, die ebenfalls über ubiquitin-modifikationen
gesteuert werden. Die am weitesten verbreitete
posttranslationale modifikation aber ist die phosphorylierung,
bei der eine phosphatgruppe entweder auf die
seitenkette eines serins, eines threonins oder eines tyrosins
übertragen wird. phosphorylierung verwandelt
dadurch eine elektrisch neutrale seitenkette in eine negativ
geladene seitenkette, wodurch die struktur eines
proteins verändert oder die Bindungsstelle für ein weiteres
makromolekül modifiziert wird.
Die forschung im Cef widmet sich der funktionalen
und strukturbiologischen aufklärung der mechanismen
solcher posttranslationaler modifikationen. Dabei
ist insbesondere in diesem Bereich der forschung der
interdisziplinäre Charakter der forschung im Cef sehr
ausgeprägt.