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

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PrinCiPal inveStigatorS
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HeInZ osIeWaCZ
Heinz D. Osiewacz, geboren 1956 im
niedersächsischen Stöcken, studierte
Biologie an der Ruhr-Universität Bochum,
wo er auch promovierte. Von 1984
bis 1985 folgte ein Forschungsaufenthalt
an der Michigan State University, East
Lansing, USA. Von 1985 bis 1990 war
Osiewacz Hochschulassistent an der
Ruhr-Universität Bochum und von 1990
bis 1993 leitete er die Abteilung »Molekularbiologie
der Alterungsprozesse«
am Deutschen Krebsforschungszentrum.
Er habilitierte sich 1993 an der Ruhr-
Universität Bochum im Fach Botanik
und ist seit 1994 Universitätsprofessor
im Fachbereich Biowissenschaften an
der Goethe-Universität. Osiewacz ist
begeisterter Freund klassischer Musik.
Zu seinen Lieblingswerken gehören die
Suiten für Solo-Cello von J.S. Bach und
Beethovens einzige Oper Fidelio.
gefärbte Mitochondrien des juvenilen
und gealterten, seneszenten wildstamms
von Podospora anserina mit
einer mittleren lebensspanne von
24 tagen. Die tubulären Mitochondrien
in juvenilen Zellen sind durch teilung
in runde und ovale kleinere einheiten
übergegangen. Hierbei handelt es sich
um ein zelluläres ›rettungsprogramm‹
von geschädigten Mitochondrien. Die
Mitochondrien juveniler Kulturen eines
genetisch hergestellten Stammes, dem
das Mitochondrien-teilungsgen PaDnm1
fehlt, sind länger und stärker vernetzt
als die des wildstammes. Dieser Stamm
lebt im Mittel 244 tage.
mItoCHonDrIale GrunDlaGen BIoloGIsCHen alterns
Zelluläre QualitätSKontrolle
alle biologischen systeme altern. Die
zugrunde liegenden mechanismen
dieses komplexen prozesses führen zu zeitabhängigen,
irreversiblen Veränderungen
physiologischer funktionen und dadurch
zu Beeinträchtigungen und erkrankungen.
um nachhaltige strategien gegen solche Degenerationen
entwickeln zu können, ist ein
Verständnis der zugrunde liegenden molekularen
Grundlagen notwendig. Das Ziel ist
eine Verbesserung der Qualität des lebens
auch in fortgeschrittenem alter.
Wir beschäftigen uns mit der erforschung
molekularer mechanismen des alterns und
nutzen dazu den pilz Podospora anserina als
modell. Im Vordergrund stehen untersuchungen
zur Bedeutung der mitochondrien.
Diese »Kraftwerke« der Zelle produzieren
neben dem für alle lebensprozesse unentbehrlichen
energielieferanten adenosintriphosphat
(atp) auch giftige nebenprodukte,
so genannte reaktive sauerstoffspezies
(ros). ros verursachen molekulare schä-
den der Zelle, die sich während des alterns
anhäufen und schließlich zum tod der Zelle
und des organismus führen. allerdings
verfügen biologische systeme auch über
abwehr- und reparatursysteme sowie über
systeme, die geschädigte moleküle abbauen.
Die untersuchung und genetische manipulation
dieser Qualitätskontrollsysteme
stehen im mittelpunkt unserer untersuchungen.
Wir konnten kürzlich zeigen,
dass die genetisch herbeigeführte Überexpression
eines Gens mit der Bezeichnung
Lon, dessen produkt am abbau geschädigter
proteine beteiligt ist, zu einer Verlängerung
der gesunden lebensspanne um 67 prozent
führt, im Vergleich zum nicht manipulierten
Wildstamm. Ähnliches gelang durch die
entfernung eines Gens aus dem Genom, das
die teilung von mitochondrien kontrolliert.
Derartige Befunde belegen, dass verschiedene
molekulare mechanismen an der Kontrolle
der alterung beteiligt sind.
wildstamm (juvenil) wildstamm (seneszent) PaDnm1
Deletionsstamm (juvenil)
struKtur unD funKtIon paramaGnetIsCHer Zentren In enZymen
ungePaarte eleKtronen iM viSier
In der arbeitsgruppe untersuchen wir paramagnetische
Zentren in biologischen
makromolekülen mit methoden der elektronenspin-resonanzspektroskopie
(epr),
die die analyse von atomen oder molekülen
mit ungepaartem elektronenspin erlaubt. Im
Gegensatz zur nmr-spektroskopie ist diese
methode einerseits wesentlich empfindlicher,
stellt aber andererseits deutlich höhere
technische anforderungen in Bezug auf
anregungsfrequenz und Zeitskala. Deshalb
laufen bei uns die biophysikalischen untersuchungen
zu spezifischen fragestellungen
an proteinen und oligonukleotiden Hand in
Hand mit methodischen und technischen
Weiterentwicklungen.
Die Hochfeld-epr-spektroskopie (Hfepr)
liefert eine gesteigerte spektrale
auflösung, was besonders in biologischen
systemen mit mehreren beteiligten
paramag netischen Zentren von essentieller
Bedeutung ist. Zusätzlich wird die empfindlichkeit
des spektrometers um mehrere
Größenordnungen gesteigert, was zu deutlich
verringerten probenmengen führt. Wir
haben ein spektrometer entwickelt, das um
den faktor 20 empfindlicher ist als die üblichen
kommerziellen Geräte.
mit der Hyperfeinspektroskopie untersuchen
wir die Wechselwirkung des ungepaarten
elektronenspins mit den Kernspins
der nahen umgebung. Dadurch können die
lokale struktur des paramagnetischen Zentrums
und seine Änderungen mit hoher
Genauigkeit bestimmt werden. Genauso
können wir die Wechselwirkung zwischen
zwei ungepaarten paramagnetischen Zentren
in großen makromolekülen detektieren.
so können wir die relative lage von
untereinheiten in großen proteinkomplexen
oder große strukturelle Änderungen
in makromolekülen bei chemischen reaktionen
oder substratbindung messen. Wir
setzen die epr-spektroskopie auch ein, um
strukturelle und funktionelle aspekte von
proteinkomplexen der mitochondrialen atmungskette
und von ribozymen und rnaligand-Komplexen
zu untersuchen.
PelDor-Spektren an spingelabelten
ionenkanälen Kcsa (oben) und Doppelstrang-Dna-Molekülen
(unten), die eine
direkte bestimmung des abstandes der
Spinlabels und damit der biomakromolekülstruktur
erlauben.
tHomas prIsner
Thomas F. Prisner, geboren 1957, studierte
Physik an der Universität Heidelberg.
1988 wurde er an der Universität
Dortmund promoviert. Danach ging er
als Postdoc an das Massachusetts Institute
of Technology in Cambridge, USA.
1991 wechselte er zur Freien Universität
Berlin, wo er sich 1996 habilitierte. Seit
1997 ist Thomas Prisner C4-Professor
für Elektronenspin-Resonanzspektroskopie
am Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie an der Goethe-
Universität Frankfurt. Er ist verheiratet
und hat zwei Kinder. Zu seinen Hobbies,
für die leider wenig Zeit bleibt, gehören
Zeichnen, Musizieren und Radfahren.