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

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PrinCiPal inveStigatorS
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erIn sCHuman
Erin M. Schuman ist Direktorin am
Max-Planck-Institut für Hirnforschung.
2010 ist sie gemeinsam mit ihrer Familie
von Kalifornien, wo sie Professorin am
California Institute of Technology war,
an den Main nach Frankfurt gezogen.
1963 in den USA geboren, begann sie
ihre wissenschaftliche Karriere 1985
mit dem Bachelor in Psychologie an
der University of Southern California in
Los Angeles. Anschließend folgte der
Promotionsstudiengang an der Universität
Princeton im Staat New York, den
sie 1990 abschloss. Danach ging sie als
Postdoc an die Stanford Universität, wo
sie 1992 zum Assistant Professor, 1999
zum Associate Professor und 2004 zum
Full Professor ernannt wurde.
Schuman ist mit Gilles Laurent
verheiratet, der ebenfalls Direktor am
Max-Planck-Institut für Hirnforschung
ist. Die drei Töchter Emma, Charlotte
und Camille machen ihr nicht nur viel
Freude, sondern erinnern sie auch
immer wieder an die wirklich wichtigen
Dinge im Leben. In ihrer Freizeit genießt
es Erin Schuman zu lesen, zu gärtnern
und zu kochen.
neuronale fortsätze von kompartimentalisierten
neuronalen Zellkörpern
verbinden sich innerhalb von Mikrorillen.
Zwei unterschiedliche arten von neuronen
werden jeweils in die rechte und
linke Kammer eingefüllt. Die neuronen
auf der linken Seite exprimieren gfP, die
auf der rechten Seite rfP. Die rot und
grün markierten fortsätze sind in den
Mikrorillen gut zu erkennen. Maßstab =
150 μm.
synaptIsCHe plastIZItÄt auf moleKularer unD
ZellBIoloGIsCHer eBene
lebenSlangeS lernen unD erinnern
synapsen, über die neuronen miteinander kommunizieren,
können hinsichtlich Größe, stärke und
anzahl variieren. Da synapsen sich während der ganzen
lebenszeit eines lebewesens verändern können,
sind sie wichtig für die lebenslange fähigkeit, zu lernen
und sich zu erinnern. Wir befassen uns in unserer
forschungsarbeit mit der frage, wie sich synapsen auf
zellulärer und molekularer ebene verändern. und wir
interessieren uns dafür, wie sich die neuronalen schaltkreise
verändern, wenn die synapsen ihre eigenschaften
ändern. um unsere fragen zu beantworten, nutzen
wir biologische techniken einschließlich molekularbiologie,
elektrophysiologie, proteomics sowie bildgebende
Verfahren.
ein wesentlicher punkt unserer forschungsarbeiten
befasst sich mit denjenigen biologischen mechanismen
der Zelle, die die modifikationen an einzelnen synapsen
steuern. Dabei wollen wir insbesondere klären, ob
die neuronale aktivität durch postsynaptische neuronen
»übersetzt« wird, indem diese das synaptische proteom
über proteinsynthese und -abbau umbauen. Dazu
verwenden wir nicht-kanonische aminosäuren sowie
die methode der Click-Chemie, um neu synthetisierte
proteine zu identifizieren, zu visualisieren sowie
ihre Dynamik zu untersuchen. Zudem interessieren wir
uns dafür, wie mrna eingeschleust wird sowie für die
translation während der synaptischen plastizität.
um die stimulation und Visualisierung zellbiologischer
prozesse in synapsen zu simulieren, haben wir
mikrofluid-titerplatten entwickelt. Zusätzlich verwenden
wir Zebrafische als modellorganismus, um zu untersuchen,
wie sich neuronale schaltkreise während des
lernens und erinnerns verändern.
Schema einer Mikrofluid-Kammer
zur untersuchung neuronaler zellbiologischer
Prozesse. Zum besseren
verständnis ist die form (oben) mit
der flüssigkeit (schwarz) über der
glasplatte (unten) dargestellt. über die
vier kreisförmigen bohrungen können
die neuronen eingeschleust und mit
nährmedium zur unterstützung des
neuronalen wachstums versorgt werden.
Mikrorillen (7.5 μm breit, 3 μm hoch
und 900 μm lang) verbinden die zwei
rechtwinklig zueinander angeordneten
Kanäle oder Zellen, in denen sich zwei
voneinander unabhängige neuronen-
Populationen befinden.
nmr-speKtrosKopIe Zum VerstÄnDnIs Der DynamIK
maKromoleKularer Komplexe
atoMbewegungen auf Der SPur
Innerhalb einer lebenden Zelle ist die Dynamik
makromolekularer Komplexe entscheidend,
wenn es darum geht, signale
weiterzuleiten, lichtenergie in chemische
energie umzuwandeln oder die synthese
neuer proteine durch Änderung der genetischen
matrizen (mrnas) anzukurbeln.
Diese Dynamik makromolekularer Komplexe
untersuchen wir mittels Kernresonanzspektroskopie
(Nuclear Magnetic Resonance
Spectroscopy (nmr)). mit dieser
methode können wir auf Zeitskalen von picosekunden
bis sekunden bestimmen, wie
sich einzelne atome in großen Komplexen
bewegen. Zudem können wir die Beiträge
einzelner atome und ihrer schwingungen
zu den damit verknüpften stabilitäten bestimmen.
Drei Beispiele veranschaulichen unsere
nmr-forschungsarbeiten:
Die Bindung von liganden an rna-riboswitche
steuert die de novo-synthese von
regulationsproteinen. mittels zeitaufgelöster
nmr-spektroskopie, bei der wir die freisetzung
von liganden durch extrem kurze
fgf-fgfr-rezeptoren
spielen bei der entstehung
zahlreicher Krankheiten
eine entscheidende
rolle.
lichtpulse initiieren, können wir erstmalig
rna-faltung analysieren.
rinderseuche (Bse) und menschliche
erkrankungen wie die Creutzfeldt-Jakob-
Krankheit basieren auf molekularer ebene
auf einem völlig neuen mechanismus: ein
protein kann seine »gesunde« form verändern,
indem es sich entfaltet und dann aus
dem entfalteten Zustand hochgeordnete aggregate
bildet. Diesen Vorgang können wir
zeitaufgelöst mittels nmr-spektroskopie
verfolgen und zeigen, welche Voraussetzungen
der entfaltete Zustand haben muss, um
eine solche aggregation auszulösen.
Zusammen mit sanofi-aventis untersuchen
wir im Cluster, wie man extrazelluläre
rezeptoren als targets für neue Wirkstoffe
einsetzen kann. Dabei stehen fGf-fGfrrezeptoren,
die in vielfältigen Krankheitsbildern
eine rolle spielen, im mittelpunkt
des Interesses. Wir untersuchen dabei, wie
Heterozyklen, aber auch synthetische oligosaccharide,
die Komplexbildung extrazellulärer
rezeptoren beeinflussen.
HaralD sCHWalBe
Harald Schwalbe, geboren 1966 in
Frankfurt, studierte Chemie an der
Goethe-Universität, wo er 1993 auch
promovierte. Von 1993 bis 1995 folgte
ein Forschungsaufenthalt an der Oxford
University, UK. Von 1995 bis 1999 hat
Harald Schwalbe an der Habilitation in
Frankfurt gearbeitet. 1999 folgte er dem
Ruf auf ein Assistant Professorship an
das Massachusetts Institute of Technology
(MIT) in Cambridge, USA. Als
Associate Professor nahm er 2001 den
Ruf auf die C4-Professur in Organische
Chemie an der Goethe-Universität an.
Er ist Vertrauensdozent der Studienstiftung
des deutschen Volkes. Mit seiner
Familie macht Harald Schwalbe Musik,
er singt und spielt Klavier und begleitet
seine Kinder zum Handball.