Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences (FMLS) - CEF-MC
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48 aDJunCt inveStigatorS<br />
aDJunCt inveStigatorS<br />
49<br />
JosÉ faralDo-GÓmeZ<br />
José D. Faraldo-Gómez, geboren 1973<br />
in Madrid, studierte Physik in seiner<br />
Heimatstadt und legte dort 1999 sein<br />
Diplom ab. Unterstützt vom British<br />
Council, der La Caixa Stiftung und dem<br />
Engineering and Physical <strong>Sciences</strong> Research<br />
Council (EPSRC) ging er danach<br />
zum Laboratory of <strong>Molecular</strong> Biophysics<br />
an der Universität Ox<strong>for</strong>d, wo er unter<br />
Leitung von Mark Samson seine Doktorarbeit<br />
anfertigte. Nach seiner Promotion<br />
im Jahr 2002 ging er in die USA, zunächst<br />
zu Benoit Roux am Weill Medical<br />
College an der Cornell Universität in<br />
New York und danach an die Universität<br />
von Chicago. Seit seiner Doktorarbeit<br />
er<strong>for</strong>scht er Membranproteine mit Hillfe<br />
computergestützter Methoden, später<br />
kam die Er<strong>for</strong>schung von Signalenzymen<br />
hinzu. Seit November 2007 leitet José<br />
Faraldo-Gómez die Nachwuchsgruppe<br />
»Theoretische Molekulare Biophysik«<br />
am Max-Planck-Institut für Biophysik<br />
in <strong>Frankfurt</strong>. In seiner Freizeit liest er<br />
gerne den New Yorker. Sein größtes<br />
Hobby ist Segeln, dafür bleibt jedoch<br />
selten Zeit.<br />
tHeoretIsCHe BIopHysIK unD ComputerGestÜtZte<br />
moleKulare sImulatIonsmetHoDen<br />
DynaMiSCHe atoMe<br />
unsere <strong>for</strong>schungsarbeit konzentriert<br />
sich darauf, die molekularen mechanismen<br />
besser zu verstehen, mit denen proteine<br />
ihre biologische funktion ausüben.<br />
Wir befassen uns sowohl mit einzelnen proteinen<br />
als auch mit größeren makromolekularen<br />
einheiten. Die untersuchten prozesse<br />
reichen von ligandenbindung bis zu Kon<strong>for</strong>mationsänderungen.<br />
unser ansatz ist<br />
vorwiegend computergestützt, physikalisch<br />
und strukturorientiert. mit neuesten computergestützten<br />
simulationsmethoden untersuchen<br />
wir die Dynamik und energetik<br />
bedeutender biomolekularer systeme.<br />
Die funktionsweise von membranproteinen<br />
ist eng mit ihren Wechselwirkungen<br />
mit Ionen und kleinen molekülen gekoppelt,<br />
die zum teil durch die membran hindurch<br />
transportiert werden. Dadurch wird<br />
ihre biologische funktion reguliert und sie<br />
werden mit energie versorgt. In vielen fällen<br />
versteht man diese Wechselwirkungen<br />
jedoch noch nicht auf molekularer ebene.<br />
Bestimmte Zellen unseres Immunsystems<br />
können auf ihrer oberfläche proteinfragmente<br />
oder lipide fremder organismen<br />
in die Phospholipidmembran<br />
eingebettetes molekulares Modell<br />
des protonengetriebenen rotors<br />
einer atP-Synthase. Das Modell<br />
beinhaltet ca. 100.000 atome.<br />
wir verwenden solche Modelle<br />
zusammen mit den neuesten<br />
Simulationsmethoden, um einblick<br />
in die molekularen funktionsweisen<br />
von Proteinen zu bekommen,<br />
die eine besonders wichtige rolle<br />
in verschiedenen biologischen<br />
Prozessen spielen. Die atP-<br />
Synthase zum beispiel ist die<br />
wichtigste Quelle von atP in allen<br />
lebens<strong>for</strong>men. ihr rotor treibt die<br />
Katalyse von atP an mit Hilfe des<br />
elektrochemischen ionengefälles<br />
der Membran.<br />
abbilden, zum Beispiel von Bakterien oder<br />
Viren. Daraufhin wird eine Immunreaktion<br />
eingeleitet. an der Bildung der so genannten<br />
immunologischen synapse sowie am<br />
anschließenden signalübertragungsprozess<br />
sind viele verschiedene proteine beteiligt,<br />
etwa antigen-Bindungsproteine, membranrezeptoren,<br />
Gerüstproteine, tyrosin-Kinasen<br />
oder sogar Ionenkanäle.<br />
eine markante eigenschaft des proteoms<br />
höherer organismen ist seine modularität.<br />
sie ermöglicht einen hohen Grad an flexibilität<br />
und regulation der proteinfunktion.<br />
modulare proteine und makromolekulare<br />
Komplexe sind nicht statisch, sondern oft<br />
höchst dynamisch. Ihre Vielseitigkeit entsteht<br />
wahrscheinlich zum teil durch ihre<br />
fähigkeit, sich selbst zu organisieren, um<br />
sich dadurch ihrer speziellen funktion optimal<br />
anzupassen. Die entstehung und funktionale<br />
Bedeutung dieser selbstorganisation<br />
sind daher ein wichtiger <strong>for</strong>schungsbereich<br />
auf dem Gebiet der proteindynamik.<br />
festKÖrper-nmr an memBranproteInen<br />
Stoff-rauSwurf<br />
mittelpunkt unserer <strong>for</strong>schungsarbeiten<br />
sind struktur-funktionsstudien<br />
an membranproteinen, die an der Weiterleitung<br />
von Wirkstoffen, Ionen oder signalen<br />
durch die Zellmembran beteiligt sind.<br />
Dies sind zum Beispiel aBC- und sekundäre<br />
multidrugtransportproteine. sie können<br />
eine Vielzahl toxischer substanzen aus der<br />
Zelle transportieren. Deshalb sind vor allem<br />
diese proteine für die zunehmende antibiotikaresistenz<br />
vieler Bakterien verantwortlich.<br />
Ziel unserer <strong>for</strong>schung ist es, die molekulare<br />
Basis der substraterkennung und des<br />
transportes aufzuklären.<br />
ein weiteres <strong>for</strong>schungsthema ist der protonentransfer<br />
mit Hilfe von membranproteinen,<br />
die als lichtgetriebene pumpen fungieren.<br />
ein solches protein, proteorhodopsin<br />
(pr), hat man bei organismen gefunden, die<br />
in den oberen schichten der Weltmeere leben.<br />
Das von ihm erzeugte elektrochemische<br />
potential könnte eine wichtige energiequel-<br />
le dieser organismen sein. Wir wollen die<br />
molekularen Details des pumpmechanismus<br />
und der anpassung dieser proteine an ihre<br />
umgebung aufklären.<br />
neben dem stofftransport ist auch die signalweiterleitung<br />
eine wichtige funktion<br />
von membranproteinen. Insbesondere Gprotein<br />
gekoppelte rezeptoren (GpCrs) sind<br />
für eine Vielzahl physiologischer Vorgänge<br />
wie signaltransduktion, regelung der Hormonaktivität<br />
oder Zell-Zell-Kommunikation<br />
verantwortlich. Wir arbeiten an möglichkeiten,<br />
um strukturin<strong>for</strong>mationen von diesen<br />
GpCrs zu erhalten. Die festkörper-nmr als<br />
strukturbiologische methode ist ein noch<br />
relativ junges Verfahren und er<strong>for</strong>dert besondere<br />
neue techniken, vor allem zur signalverstärkung,<br />
wie etwa Dynamic Nuclear<br />
Polarisation (Dnp). ein Dnp-spektrometer<br />
konnte kürzlich mit unterstützung des Cef<br />
in unserem labor aufgebaut werden.<br />
Clemens GlauBItZ<br />
Clemens Glaubitz hat nach dem Physikstudium<br />
in Leipzig an der University<br />
of Ox<strong>for</strong>d als Rhodes-Stipendiat in<br />
Biophysikalischer Chemie promoviert<br />
(1998). Nach Postdoc-Aufenthalten<br />
in Ox<strong>for</strong>d und Stockholm war er als<br />
Emmy-Noether-Nachwuchsgruppenleiter<br />
am Leibniz-Institut für Molekulare<br />
Pharmakologie in Berlin. Seit 2002<br />
ist er Professor für Biophysikalische<br />
Chemie an der <strong>Frankfurt</strong>er Goethe-Universität,<br />
seit 2006 Direktor des Biomolekularen<br />
Magnetresonanz-Zentrums<br />
(BMRZ) und seit 2008 Studiendekan<br />
des Fachbereichs Biochemie, Chemie<br />
und Pharmazie. Clemens Glaubitz ist<br />
verheiratet und hat eine Tochter.<br />
Struktur des neuropeptides bradykinin,<br />
die es im Komplex mit dem<br />
humanen bradykinin-2-rezeptor<br />
annimmt, auf das es als agonist<br />
wirkt (links). angeregt durch das<br />
Hormon durchläuft der rezeptor<br />
verschiedene Kon<strong>for</strong>mationsänderungen,<br />
um das g-Protein zu<br />
aktivieren. Die Struktur wurde mittels<br />
festkörper-nMr bestimmt und<br />
stellt die erste derartige Studie an<br />
einem humanen gPCr dar.<br />
eine wesentliche empfindlichkeitssteigerung<br />
wird durch DnP erzielt,<br />
wobei Magnetisierung von elektronen<br />
in stabilen radikalen auf die<br />
Kerne im Protein übertragen wird.<br />
unser DnP-Spektrometer (rechts)<br />
arbeitet bei einer 1 H-frequenz von<br />
393 MHz und einer elektronenfrequenz<br />
von 258 gHz. eine bis<br />
zu 60-fache Signalverstärkung<br />
konnte an Membranproteinen<br />
erzielt werden.