Seminar for PhD students - Max-Planck-Institut für biophysikalische ...
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Berichte aus den Abteilungen<br />
Focusing on Mitochondria<br />
Christian A. Wurm, Stefan Stoldt, Roman Schmidt, Alexander Egner,<br />
Stefan W. Hell, and Stefan Jakobs<br />
Research Group Mitochondrial Structure and Dynamics<br />
Department of NanoBiophotonics<br />
Mitochondria are the powerhouses of<br />
eukaryotic cells. They <strong>for</strong>m a highly dynamic<br />
network of elongated tubules that<br />
are frequently interconnected with each<br />
other (Fig. 1). These organelles are made<br />
up from two distinct membranes, the outer<br />
and the inner membrane. The outer membrane<br />
<strong>for</strong>ms a smooth envelope, whereas<br />
the inner membrane has many infoldings,<br />
<strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>biophysikalische</strong> Chemie<br />
MPIbpc News<br />
15. Jahrgang Göttingen Ausgabe Nr. 10 Oktober 2009<br />
the so-called cristae, which increase its total<br />
surface area (Fig. 2). Due to the wide<br />
use of electron microscopy it is now fi rmly<br />
established that the cristae are topologically<br />
complicated, varying from tubular<br />
structures to highly complex lamellar<br />
assemblies.<br />
Based on this architecture, the inner membrane,<br />
and likewise the intermembrane<br />
Fig. 1: Mitochondria – the powerhouses of the cell – build up a branched network within the cytoplasm<br />
of eukaryotic cells. Displayed is an epifl uorescence micrograph showing mitochondria (green),<br />
the actin cytoskeleton (red), and the nucleus (blue) of rat kangaroo (PtK2) cells. Scale bar: 20 µm.<br />
Abb. 1: Mitochondrien – die Kraftwerke der Zelle – bilden ein verzweigtes Netzwerk im Zytoplasma<br />
eukaryotischer Zellen. Gezeigt ist eine epifl uoreszenz-mikroskopische Aufnahme von Beutelratten<br />
(PtK2)-Zellen, auf der die Mitochondrien (grün), das Aktin-Zytoskelett (rot) und der Zellkern (blau)<br />
sichtbar sind. Größenstandard: 20 µm.<br />
space, can be morphologically subdivided<br />
into two domains. The fi rst domain is<br />
the inner boundary membrane (IBM). It is<br />
closely apposed to the outer membrane<br />
and may be considered as a second envelope.<br />
The second domain is the cristae<br />
membrane (CM).<br />
Although the various arrangements of<br />
the inner membrane are morphologically<br />
very well characterized, little is known to<br />
what extent the morphological sub-compartmentalization<br />
of the inner membrane<br />
also refl ects functional differences. Until<br />
recently it was even unknown whether<br />
the CM and the IBM have different protein<br />
compositions. Partly, this was due to<br />
the fact that mitochondria are very small.<br />
Typically, they have a diameter of<br />
200 to 400 nm which is close to the<br />
Inhalt<br />
RG Mitochondrial Structure & Dynamics 1-5<br />
Aktuelle Pressemeldungen 6-8<br />
Umbauarbeiten in der OHB 8<br />
Methodenentwicklung im Verbund 9-11<br />
Fundstücke 10<br />
Renovation of the OHB 11<br />
Abgänge 12<br />
Promotionen 12<br />
Neueinstellungen 12-13<br />
Gäste 13<br />
<strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Jubiläen 13<br />
GWDG-Info 14<br />
Publikationen 14-15<br />
Nachruf 15<br />
Qigong und T'ai Chi 15<br />
Independent Day 2009 16<br />
BR-Info "Praxis der Arbeitsgerichte" 16-17<br />
Gesellenprüfung 17<br />
Science Tent 2009 18-19<br />
Doktorandenseminare 20-24<br />
Verdienstkreuz <strong>für</strong> Peter Gruss 24<br />
Impressum 24
Fig. 3: The m-AAA protease processes the cytochrome<br />
c peroxidase preferentially at the inner boundary membrane<br />
of yeast mitochondria. (a) The submitochondrial<br />
distribution of the m-AAA protease was analyzed by<br />
fluorescence microscopy in genetically enlarged mitochondria<br />
(left) and by quantitative immuno-electron<br />
microscopy (right). Thereby, an enrichment of the<br />
m-AAA protease at the inner boundary membrane<br />
was observed. (b) Processing of the cytochrome c<br />
peroxidase (Ccp1) occurs preferentially at the inner<br />
boundary membrane. In cells lacking a functional<br />
m-AAA protease, precursor Ccp1 (pCcp1) is not further<br />
processed. We found that pCcp1 is enriched at<br />
the inner boundary membrane (upper panel). Only<br />
upon proteolytic processing by the m-AAA protease,<br />
the mature Ccp1 is released into the intermembrane<br />
space and evenly distributed (lower panel). (c) Model<br />
of the import and proteolytic processing of Ccp1. (1)<br />
pCcp1 is imported into mitochondria by the TOM<br />
complex. (2) The TIM23 complex inserts pCcp1 into<br />
the inner membrane. (3) After proteolytic processing<br />
by the m-AAA protease, mature Ccp1 is released into<br />
the intermembrane space. (4) In the absence of a<br />
functional m-AAA protease, pCcp1 is accumulated<br />
in the inner boundary membrane. Scale bars: 3 µm<br />
(light microscopy), 200 nm (electron microscopy).<br />
Abb. 3: Die proteolytische Prozessierung der Cytochrom<br />
c-Peroxidase (Ccp1) durch die m-AAA-Protease<br />
findet vorrangig an der inneren Grenzflächenmembran<br />
statt. (a) Die submitochondriale Verteilung der<br />
m-AAA-Protease wurde lichtmikroskopisch in genetisch<br />
vergrösserten Mitochondrien (links) und mittels<br />
quantitativer Immuno-Elektronenmikroskopie<br />
(rechts) analysiert. Dabei wurde eine Anreicherung<br />
der m-AAA-Protease in der inneren Grenzflächenmembran<br />
festgestellt. (b) Die Prozessierung der Cytochrom<br />
c-Peroxidase findet vorrangig an der inneren<br />
Grenzflächenmembran statt. In Zellen, die über keine<br />
funktionelle m-AAA-Protease verfügen, ist die unprozessierte<br />
Vorstufe von Ccp1 (pCcp1) in der inneren<br />
Grenzflächenmembran lokalisiert (obere Reihe). Erst<br />
nach der Prozessierung wird das maturierte Ccp1 in<br />
den Intermembranraum freigesetzt, in dem es sich<br />
verteilt (untere Reihe). (c) Modell des Imports und der<br />
proteolytischen Prozessierung von Ccp1. (1) pCcp1<br />
wird durch den TOM-Komplex in die Mitochondrien<br />
importiert. (2) Der TIM23-Komplex inseriert pCcp1<br />
in die innere Membran. (3) Nach der proteolytischen<br />
Prozessierung wird das fertige Ccp1 in den<br />
Intermembranraum entlassen. (4) Ohne funktionelle<br />
m-AAA-Protease wird pCcp1 nicht prozessiert, und es<br />
kommt zu einer Akkumulation von pCcp1 in der inneren<br />
Grenzflächenmembran. Größenstandard: 3 µm<br />
(Lichtmikroskopie), 200 nm (Elektronenmikroskopie).<br />
Fig. 2: Sketch of a mitochondrion. Mitochondria are built up of two membranes: A rather<br />
smooth outer membrane (grey) envelopes the organelle; underneath, the highly folded inner<br />
membrane (green) is located. It surrounds the largest reaction room of the mitochondrion, the<br />
mitochondrial matrix (blue). The inner membrane can be subdivided into two domains: The<br />
inner boundary membrane that parallels the outer membrane and the cristae membrane that<br />
builds up the characteristic infoldings called cristae.<br />
Abb. 2: Aufbau eines Mitochondriums. Mitochondrien besitzen zwei Membranen: Die glatte<br />
Außenmembran (grau) begrenzt das Organell. Darunter befindet sich die stark gefaltete<br />
Innenmembran (grün). Diese umgibt den größten Reaktionsraum der Mitochondrien, die<br />
mitochondriale Matrix (blau). Die Innenmembran kann morphologisch in zwei Bereiche untergliedert<br />
werden: die innere Grenzflächenmembran, welche der Außenmembran anliegt,<br />
und die Cristaemembran, welche die <strong>für</strong> Mitochondrien charakteristischen Einstülpungen,<br />
die Cristae, bildet.<br />
Seite 2
diffraction-limited resolution of fluorescence<br />
microscopy of around 250 nm.<br />
Hence conventional light microscopy<br />
cannot be used to study sub-mitochondrial<br />
protein distributions in wild-type cells.<br />
Nonetheless, recently two studies using<br />
the budding yeast Saccharomyces cerevisiae<br />
as a model organism demonstrated<br />
conclusively that the IBM and the CM<br />
have different protein compositions.<br />
Using live cell fluorescence microscopy<br />
in conjunction with genetically enlarged<br />
mitochondria (a detour to circumvent the<br />
problems associated with the diffraction<br />
barrier), we (Wurm and Jakobs, 2006)<br />
and Andreas Reichert and colleagues<br />
with quantitative immunogold electron<br />
microscopy (Vogel et al., 2006) demonstrated<br />
different protein compositions<br />
of the IBM and the CM. However, these<br />
initial studies primarily concentrated on<br />
proteins involved in protein import and<br />
oxidative phosphorylation. Hence we<br />
next focused on other cellular processes<br />
to analyze differences in the functions of<br />
both domains of the inner membrane.<br />
The m-AAA protease processes the cytochrome<br />
c peroxidase preferentially at<br />
the IBM<br />
Many proteins of the inner membrane<br />
assemble into large protein complexes.<br />
Such assembly processes require extensive<br />
quality control mechanisms to avoid<br />
the accumulation of deleterious malfolded<br />
or misassembled proteins. We determined<br />
Fig. 4: isoSTED nanoscopy enables the visualization of protein distributions<br />
within mitochondria of intact mammalian cells. (a) Distribution<br />
of the TOM complex. Shown is a confocal image (at the<br />
sides) and the corresponding isoSTED image (middle) taken at the<br />
center of the mitochondria of a PtK2 cell. The cell was decorated<br />
with antibodies against Tom20. The isoSTED image reveals that the<br />
TOM complexes line the envelope of the organelles (b) Two-color<br />
isoSTED imaging. The cells were decorated with antisera against<br />
Tom20 and mtHsp70. The proteins have distinct distributions. Displayed<br />
is an optical section (thickness ~50 nm) at the equatorial<br />
planes of the mitochondria. Scale bars, 500 nm (a) and 1 µm (b).<br />
Abb. 4: isoSTED-Nanoskopie ermöglicht die Abbildung von Proteinverteilungen<br />
innerhalb der Mitochondrien von Säugerzellen. (a)<br />
Verteilung des TOM-Komplexes. Gezeigt ist eine konfokale Abbildung<br />
(an den Seiten) und die entsprechende isoSTED-Abbildung (in<br />
der Mitte) der Mitochondrien einer PtK2-Zelle. Die Zelle wurde mit<br />
Antikörpern gegen das Protein Tom20 markiert. Das isoSTED-Bild<br />
zeigt, dass die TOM-Komplexe in der äußeren Membran aufgereiht<br />
sind. (b) Zweifarben-isoSTED-Nanoskopie. Die Zellen wurden mit<br />
Antikörpern gegen Tom20 und mtHsp70 markiert. Die isoSTED-<br />
Bilder belegen, dass beide Proteine unterschiedliche Verteilungen<br />
haben. Abgebildet ist ein optischer Schnitt (Dicke ~ 50 nm) in der<br />
Mitte der Mitochondrien. Größenstandards, 500 nm (a) und 1 µm (b).<br />
the inner membrane distribution of a central<br />
component of the proteolytic control<br />
system, namely the m-AAA protease,<br />
and its substrate cytochrome c peroxidase<br />
(Ccp1) within budding yeast mitochondria<br />
(Suppanz et al., 2009). For this study, we<br />
used the approaches mentioned above,<br />
namely fluorescence microscopy in conjunction<br />
with genetically enlarged mitochondria<br />
and quantitative immunogold<br />
electron microscopy.<br />
The m-AAA protease is a hetero-oligomeric<br />
complex composed of the homologous<br />
subunits AFG3L2 and paraplegin in<br />
humans and Yta10 (Afg3) and Yta12 (Rca1)<br />
in yeast. We found that both subunits of<br />
the m-AAA protease are preferentially,<br />
but not exclusively, localized in the IBM<br />
(Fig. 3a). Likewise, the membrane-anchored<br />
precursor <strong>for</strong>m of Ccp1 accumulates in the<br />
IBM of mitochondria lacking a functional<br />
m-AAA protease (Fig. 3b, top). Only upon<br />
proteolytic cleavage the mature <strong>for</strong>m<br />
mCcp1 moves into the cristae space<br />
(Fig. 3b, bottom).<br />
The preferential localization of the<br />
m-AAA protease in the IBM points to the<br />
intriguing idea that the insertion, assembly,<br />
and quality control of the proteins of<br />
the mitochondrial inner membrane may<br />
predominantly take place in the IBM,<br />
Seite 3<br />
suggesting that the functional differences<br />
of the IBM and the CM are more significant<br />
than previously anticipated.<br />
Concomitantly this study clearly demonstrated<br />
the limitations of the utilized<br />
methods <strong>for</strong> analyzing submitochondrial<br />
structures, most notably the time-consuming<br />
and painstaking sample preparation<br />
<strong>for</strong> electron microscopy, the difficulties<br />
when using two labels and the lack of a<br />
possibility to image submitochondrial dynamics.<br />
Many of these problems would be<br />
alleviated by light microscopy; however,<br />
wild-type mitochondria are too small,<br />
even <strong>for</strong> the best conventional fluorescence<br />
microscopes.<br />
Resolving inner-mitochondrial protein<br />
distributions using isoSTED nanoscopy<br />
To facilitate a high (diffraction-unlimited)<br />
optical resolution in all three room<br />
dimensions at the same time, recently an<br />
isoSTED fluorescence nanoscope enabling<br />
a nearly spherical focal spot of 40-45 nm<br />
(l/16) in diameter was introduced (Schmidt<br />
et al., 2008). In the isoSTED nanoscope,<br />
the effective focus is produced by overlapping<br />
the excitation spot of two opposing<br />
oil immersion lenses with a hollow<br />
sphere of light <strong>for</strong> switching off the fluorescence<br />
by Stimulated Emission Depletion
(STED). The result is an isotropic optical<br />
resolution (there<strong>for</strong>e the name isoSTED).<br />
This nanoscope, which in essence can<br />
be operated like a conventional confocal<br />
microscope, allowed us to arbitrarily address<br />
any plane inside the cell. We first<br />
imaged mammalian (PtK2) cells labeled<br />
<strong>for</strong> a subunit (Tom20) of the translocase of<br />
the mitochondrial outer membrane (TOM)<br />
complex. The TOM complex, residing in<br />
the outer membrane, serves as the mitochondrial<br />
entry gate <strong>for</strong> the vast majority<br />
of nuclear-encoded protein precursors.<br />
We took several optical sections, each only<br />
40 nm thick, from a single mitochondrion.<br />
This allowed us to visualize the distributions<br />
of individual TOM complexes on the<br />
mitochondrial surface (Fig. 4a) .<br />
In the next step, we used the isoSTED<br />
nanoscope to image the spatial relationship<br />
of two differently labeled mitochondrial<br />
proteins. We decided to image in<br />
addition to Tom20 also the matrix protein<br />
mtHsp70 (also referred to as mortalin<br />
or GRP 75). mtHsp70 is a component<br />
of the protein import motor located at the<br />
matrix side of the inner membrane. Previous<br />
biochemical evidence demonstrated<br />
that mtHsp70 is involved in protein import<br />
by binding to the transported precursor<br />
proteins when they reach the matrix side<br />
of the translocase. The intermittent association<br />
of mtHsp70 with the import machinery<br />
may suggest that a sizeable fraction of<br />
the mtHsp70 pool is at any time associated<br />
with the inner membrane of the mitochondrion.<br />
However, we did not find a<br />
noticeable enrichment of mtHsp70 at the<br />
mitochondrial rim, indicating that the majority<br />
of mtHsp70 is located in the mitochondrial<br />
matrix (Fig 4b).<br />
These data demonstrate that with iso-<br />
STED nanoscopy we are able to analyze<br />
the distribution and co-localization of proteins<br />
within mitochondria, which would<br />
be impossible using conventional light<br />
microscopy due to its diffraction limited<br />
resolution.<br />
Seeing cristae with focused light<br />
But is it possible at all to visualize the<br />
folds of the inner membrane just relying<br />
on focused light? Clearly, from a light<br />
microscopists' point of view, the visualization<br />
of the cristae is a major challenge<br />
because of the pronounced convolution<br />
of the inner membrane in a very confined<br />
space. In fact, arguably, it is one of the most<br />
challenging structural elements in a cell to<br />
image with far field optical microscopy,<br />
Fig. 5: Light microscopic analysis of the arrangement of cristae inside mitochondria of intact PtK2<br />
cells using the isoSTED nanoscope. The mitochondrial inner membrane was labeled with antibodies<br />
directed against an abundant protein complex of the inner membrane, the F 1F 0-ATPase. (a) Overview<br />
and (b) close-up of an optical section of mitochondria recorded at their equatorial plane (thickness<br />
~ 30 nm). The brackets indicate regions in which the cristae are perpendicularly oriented to the longitudinal<br />
axis of the organelle, whereas the arrowheads point to inner-mitochondrial regions devoid<br />
of cristae. Scale bars: 500 nm.<br />
Abb. 5: Lichtmikroskopische Untersuchung der Anordnung der Cristae im Inneren von Mitochondrien<br />
intakter PtK2-Zellen. Die mitochondriale Innenmembran wurde mit Antikörpern gegen die<br />
F 1F 0-ATPase, eines häufigen Proteinkomplexes der Innenmembran, dekoriert. (a) Übersicht und<br />
(b) Detailvergrößerung eines optischen Schnittes (Dicke ~ 30 nm) durch die Mitte eines Mitochondriums.<br />
Die Klammern weisen auf Bereiche hin, in denen die Cristae senkrecht zur Längsachse<br />
des Organells ausgerichtet sind, wohingegen die Pfeilspitzen auf Bereiche zeigen, in denen keine<br />
Cristae vorkommen. Größenstandard: 500 nm.<br />
Seite 4<br />
and its imaging remained elusive. We<br />
solved this problem with isoSTED nanoscopy<br />
in combination with meticulously<br />
optimized labeling and fixation conditions<br />
(Schmidt et al., 2009).<br />
In general, the images revealed heterogeneous<br />
cristae arrangements even within<br />
a single mitochondrial tubule (Fig. 5).<br />
Regions of stacked cristae alternated with<br />
relatively large regions of up to ~10 5 nm 2 ,<br />
which were devoid of cristae. These images<br />
demonstrate that it is indeed possible to<br />
visualize the intricate foldings of the mitochondrial<br />
membrane with focused light.<br />
Altogether, we have shown that the inner<br />
membrane of mitochondria is subcompartmentalized.<br />
The data suggest that the<br />
functional differences of the inner boundary<br />
membrane and the cristae membrane<br />
are more significant than previously anticipated.<br />
Using isoSTED nanoscopy we are<br />
now able to visualize sub-mitochondrial<br />
protein distributions, even individual cristae<br />
arrangements, in intact cells. Together<br />
with new GFP-based probes (Andresen<br />
et al., 2008), we strongly anticipate that<br />
these findings will facilitate the analysis<br />
of the molecular mechanisms determining<br />
the subcompartmentalization of the inner<br />
membrane of mitochondria and beyond.<br />
References:<br />
Andresen, M., A.C. Stiel, J. Folling, D. Wenzel,<br />
A. Schonle, A. Egner, C. Eggeling, S.W. Hell,<br />
and S. Jakobs. 2008. Photoswitchable fluorescent<br />
proteins enable monochromatic multi-<br />
label imaging and dual color fluorescence nano-<br />
scopy. Nature Biotechnol. 26:1035-1040.<br />
Schmidt, R., C.A. Wurm, S. Jakobs, J. Engelhardt,<br />
A. Egner, and S.W. Hell. 2008. Spherical nanosized<br />
focal spot unravels the interior of cells.<br />
Nature Methods. 5:539-544.<br />
Schmidt, R., C.A. Wurm, A. Punge, A. Egner, S.<br />
Jakobs, and S.W. Hell. 2009. Mitochondrial<br />
cristae revealed with focused light. Nano Lett.<br />
9:2508-2510.<br />
Suppanz, I.E., C.A. Wurm, D. Wenzel, and S.<br />
Jakobs. 2009. The m-AAA protease processes<br />
cytochrome c peroxidase preferentially at<br />
the inner boundary membrane of mitochondria.<br />
Mol Biol Cell. 20:572-580.<br />
Vogel, F., C. Bornhovd, W. Neupert, and A.S.<br />
Reichert. 2006. Dynamic subcompartmentalization<br />
of the mitochondrial inner membrane.<br />
J Cell Biol. 175:237-247.<br />
Wurm, C.A., and S. Jakobs. 2006. Differential<br />
protein distributions define two subcompartments<br />
of the mitochondrial inner membrane<br />
in yeast. FEBS Lett. 580:5628-5634.
Christian Wurm<br />
studied biology at the<br />
University of Darmstadt.<br />
In 2004, he<br />
joined the RG Mitochondrial<br />
Structure<br />
and Dynamics in the<br />
Department of Nano-<br />
Biophotonics and gra-<br />
duated in 2008 at the University of<br />
Heidelberg. Currently, he is working as a<br />
postdoctoral fellow in Stefan Jakobs group<br />
at the MPIbpc.<br />
Stefan Stoldt<br />
studied biology at the<br />
University of Göttingen.<br />
In 2005, he joined<br />
the RG Mitochondrial<br />
Structure and Dynamics,<br />
where he is currently<br />
carrying out his<br />
<strong>PhD</strong> thesis.<br />
Blick ins Innere der Zellkraftwerke<br />
Mitochondrien (Abb. 1) sind die „Kraftwerke“<br />
der Zelle. Sie liefern die Energie, die den<br />
zellulären Stoffwechsel in Gang hält. Entsprechend<br />
fatal sind die Folgen, wenn diese<br />
Kraftwerke nicht richtig funktionieren:<br />
Defekte Mitochondrien können zu Erkrankungen<br />
wie Krebs, Parkinson oder Alzheimer<br />
führen.<br />
Aus elektronenmikroskopischen Studien<br />
weiß man seit langem, dass Mitochondrien<br />
eine sehr komplexe innere Architektur haben.<br />
Sie besitzen eine äußere Membran<br />
und eine stark gefaltete innere Membran,<br />
die die sogenannte Matrix umgibt (Abb. 2).<br />
Doch wie sind Proteine innerhalb der<br />
Mitochondrien, etwa innerhalb der inneren<br />
Membran, verteilt? Und welche molekularen<br />
Mechanismen stecken hinter ihrer<br />
Verteilung? Mitochondrien sind so klein,<br />
dass sich solche Fragen bisher nur mit dem<br />
Elektronenmikroskop untersuchen ließen.<br />
Entsprechend wenig weiß man darüber,<br />
was sich in den Mitochondrien lebender<br />
Zellen abspielt.<br />
Tatsächlich wurde erst vor kurzem<br />
durch uns und eine andere Forschungsgruppe<br />
gezeigt, dass verschiedene Bereiche<br />
der inneren Membran unterschiedliche<br />
Seite 5<br />
Stefan Jakobs<br />
studied biology in Kaiserslautern<br />
and Manchester.<br />
The research<br />
<strong>for</strong> his <strong>PhD</strong>, which he<br />
received from the University<br />
of Cologne in<br />
1999, was per<strong>for</strong>med<br />
at the MPI <strong>for</strong> Plant<br />
Breeding Research, Cologne, and at the<br />
John Innes Centre, Norwich. From 1999<br />
to 2005, he was a postdoctoral fellow<br />
in the High Resolution Optical Micro-<br />
scopy Group (which became the Department<br />
of NanoBiophotonics) at the MPIbpc.<br />
In 2005, he became head of the RG<br />
Mitochondrial Structure and Dynamics.<br />
In 2007, Stefan Jakobs habilitated at the<br />
University of Göttingen.<br />
Proteinzusammensetzungen haben, dass<br />
die innere Membran also sub-kompartimentiert<br />
ist. Diese Untersuchungen wurden<br />
allerdings entweder mit Elektronenmikro-<br />
skopen oder mit Lichtmikroskopen an Mito-<br />
chondrien durchgeführt, die durch einen<br />
genetischen Trick vergrößert wurden. Um<br />
zukünftig auch die Mitochondrien unveränderter<br />
lebender Zellen untersuchen zu<br />
können, nutzen wir jetzt auch neue licht-<br />
mikroskopische Verfahren wie die Stimulated<br />
Emission Depletion (STED)-Mikroskopie,<br />
mit der sich die Bildschärfe um<br />
ein Vielfaches steigern lässt. Mithilfe eines<br />
isoSTED-Nanoskops, das die Auflösung in<br />
allen drei Raumrichtungen im Vergleich zu<br />
konventionellen Mikroskopen verbessert,<br />
waren wir nun zum ersten Mal in der Lage,<br />
lichtmikroskopisch Proteinverteilungen<br />
innerhalb unveränderter Mitochondrien<br />
(Abb. 4) und sogar individuelle Cristae, die<br />
Einfaltungen der inneren Membran (Abb. 5),<br />
abzubilden.<br />
Wir hoffen, dass es mit diesen Verfahren<br />
in Zukunft möglich sein wird, sogar die<br />
Bewegung einzelner Proteine und individueller<br />
Cristae in den Mitochondrien<br />
lebender Zellen direkt zu beobachten.
Aktuelle Pressemeldungen<br />
Wie in der Zelle sortiert wird<br />
Erstmals beobachten Göttinger Forscher mit einer neu entwickelten Untersuchungsmethode die Abläufe eines<br />
zellulären Sortiermechanismus. Dabei entdecken sie „Multitasking-fähige“ Proteine.<br />
Die Versorgung unserer Zellen mit Nährstoffen<br />
ist ein lebenswichtiger Prozess. Bereits<br />
bekannt sind die biologischen Details,<br />
wie Nährstoffe ins Zellinnere aufgenommen<br />
werden. Noch weitgehend ungeklärt<br />
ist, wie die importierten Nähr- und Botenstoffe<br />
anschließend sortiert werden und<br />
welche Moleküle daran beteiligt sind. Erstmals<br />
können Wissenschaftler am European<br />
Neuroscience <strong>Institut</strong>e (ENI) und im Exzellenzcluster<br />
„Mikroskopie im Nanometer-<br />
bereich“ am DFG-Forschungszentrum<br />
Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB)<br />
der Universitätsmedizin Göttingen diesen<br />
Sortiermechanismus beobachten. Sie nutzen<br />
da<strong>für</strong> eine neu entwickelte Methode in<br />
Kombination mit Mikroskopie. „Mit dieser<br />
Untersuchungsmethode ist es uns zudem<br />
gelungen, wichtige Moleküle zu identifizieren,<br />
die an diesen Abläufen beteiligt<br />
sind“, sagt Dr. Silvio Rizzoli, Co-Leiter<br />
der Studie. Die Untersuchungen fanden in<br />
Zusammenarbeit mit der Abteilung Neuro-<br />
biologie von Prof. Dr. Reinhard Jahn am<br />
MPIbpc statt. (PNAS, 16. Juni 2009)<br />
Wie unsere Zellen Nährstoffe aufnehmen<br />
und diese sortieren<br />
Durch den Prozess der Endozytose<br />
nehmen Zellen Nähr- und Botenstoffe in<br />
ihr Inneres auf. Für diesen Import schnüren<br />
sich Fracht enthaltende „Bläschen“, so-<br />
genannte Vesikel, von der zellbegrenzenden<br />
Membran ab. Anschließend verbinden<br />
sich die Vesikel im Zellinneren mit der<br />
ersten Sortierstation (dem „frühen Endo-<br />
som“) innerhalb der Zelle. Dort wird der<br />
Vesikelinhalt getrennt und <strong>für</strong> seinen<br />
Zielort vorbereitet. So werden bestimmte<br />
„Frachtgüter“, z.B. Transporter <strong>für</strong> Nährstoffe,<br />
wieder aus der Zelle geschleust<br />
und recycelt. Andere Bestandteile hingegen<br />
werden zu sogenannten Lysosomen<br />
transportiert, wo sie durch deren Enzyme<br />
abgebaut werden (Degradation). So können<br />
ihre Einzelbestandteile von der Zelle verwertet<br />
werden. Proteine werden dadurch<br />
z.B. in ihre entsprechenden Aminosäuren<br />
zerlegt. Biologische Details zum Andocken<br />
der von der Zelle importierten Vesikel an<br />
das frühe Endosom sowie zum folgenden<br />
Fusionsprozess sind<br />
bereits bekannt.<br />
Wie die eingehende<br />
Fracht allerdings<br />
im frühen Endosom<br />
sortiert wird<br />
und sich in neuen<br />
Vesikeln wieder ablöst,<br />
das gab den<br />
Forschern noch Rätsel<br />
auf. Erschwerend<br />
kam hinzu,<br />
dass es bislang<br />
keine geeignete<br />
Methode gab, um<br />
diese Abläufe zu<br />
beobachten.<br />
Die neue Methode<br />
macht Einzelschritte<br />
in der Zelle erstmals<br />
sichtbar<br />
Um die Einzelschritte<br />
der biolo-<br />
gischen Abläufe bei<br />
der Nährstoff-Sortierung<br />
innerhalb<br />
der Zelle zu verfolgen,<br />
hat die<br />
Göttinger Forschergruppe<br />
um Dr. Rizzoli die beiden Proteine<br />
Transferrin und LDL (Low Density<br />
Lipoprotein) mit fluoreszenten Farbstoffen<br />
markiert und mit hochauflösender Licht-<br />
mikroskopie beobachtet. „Wir wissen,<br />
dass Transferrin vom frühen Endosom aus-<br />
gehend wieder recycelt wird. Dagegen<br />
schlägt LDL den Abbauweg zum Lysosom<br />
ein. So können wir beide Routen genau<br />
beobachten“, sagt Sina Barysch, Nachwuchswissenschaftlerin<br />
in dem Forschungs-<br />
projekt. Auf der Suche nach Molekülen,<br />
die diesen Sortiermechanismus sowie das<br />
anschließende Ablösen der Vesikel vom<br />
frühen Endosom steuern, haben die Wissen-<br />
schaftler zunächst bekannte Faktoren der<br />
initialen Andock- und Fusionsprozesse<br />
blockiert und deren Auswirkungen untersucht.<br />
Sie waren überrascht: Die Blockade<br />
von EEA1 (Early Endosome Autoantigen<br />
1) sowie NSF (N-ethylmaleimide sensitive<br />
Seite 6<br />
Sina Victoria Barysch (vorn), Silvio Rizzoli (hinten links) und Reinhard Jahn.<br />
factor) – beide gelten als wichtige Faktoren<br />
im Andocken und der Fusion eingehender<br />
Vesikel mit dem frühen Endosom – hat auch<br />
das anschließende Sortieren und Ablösen<br />
neuer Vesikel unterbunden. „Diese Faktoren<br />
scheinen also Multitasking-Fähigkeiten<br />
zu besitzen. Sie stellen eine unerwartete<br />
Verbindung zwischen den Prozessen Andocken<br />
und Fusion sowie Sortieren und<br />
Vesikelablösung her“, sagt Prof. Reinhard<br />
Jahn.<br />
(Pressemeldung der Universitätsmedizin<br />
Göttingen)<br />
Originalveröffentlichung:<br />
Barysch SV, Aggarwal S, Jahn R, Rizzoli SO<br />
(2009) Sorting in early endosomes reveals<br />
connections to docking- and fusion-associated<br />
factors. PNAS 106, 9697-9702.
Aktuelle Pressemeldungen<br />
Flinke Vermittler im Gehirn –<br />
was macht die Kommunikation zwischen Nervenzellen so schnell?<br />
Jede Reaktion, jeder Gedanke und jede Bewegung beruht auf der Weitergabe von In<strong>for</strong>mationen zwischen<br />
Nervenzellen. Der gesamte Prozess der Signalübertragung ist äußerst schnell. Eine der entscheidenden Grundlagen,<br />
die eine schnelle Signalübertragung erst möglich machen, haben nun Wissenschaftler am MPIbpc<br />
gemeinsam mit ihren Kollegen an der Vrije Universiteit Amsterdam (Niederlande) aufgeklärt.<br />
(Cell, 27. August 2009; Neuron, 27. August 2009)<br />
Nicht nur Organismen müssen miteinander<br />
kommunizieren, um zu überleben:<br />
Auch auf zellulärer Ebene ist der Austausch<br />
von In<strong>for</strong>mationen lebenswichtig. Ob wir<br />
lernen, einen Ball zu fangen, schnell auf<br />
ein warnendes Geräusch oder eine Gefahr<br />
zu reagieren, oder ein Musikstück zu<br />
spielen – erst durch die schnelle und<br />
genaue zeitliche Abstimmung der Signalübertragung<br />
zwischen den Nervenzellen<br />
unseres Gehirns werden derart komplexe<br />
Leistungen möglich.<br />
Nervenzellen nehmen Signale auf,<br />
verarbeiten sie und geben sie weiter.<br />
Gewöhnlich werden diese Signale über<br />
spezielle Botenstoffe übermittelt. Portionsweise<br />
liegen diese in kleine Membran-<br />
bläschen – synaptische Vesikel – verpackt<br />
in der Zelle bereit. Zeigen Signale an, dass<br />
eine Botschaft übermittelt werden soll, verschmelzen<br />
einige synaptische Vesikel mit<br />
der Zellmembran der „sendenden“ Zelle.<br />
Sie entleeren dabei ihren Inhalt nach außen<br />
und lösen in der „empfangenden“ Zelle<br />
ein Signal aus. Was diesen Prozess auslöst,<br />
ist seit langem bekannt: ein Anstieg<br />
der Kalziumionen-Konzentration in der<br />
Nervenendigung der sendenden Zelle.<br />
Membranbläschen sind aber weit mehr<br />
als Botenstoff-Behälter. Sie müssen Signale<br />
erkennen und Membranen verschmelzen.<br />
Hierbei spielen spezielle Proteine, die sogenannten<br />
SNAREs, eine wichtige Rolle.<br />
Der gesamte Prozess der Botenstoff-<br />
Freisetzung im Gehirn ist äußerst schnell<br />
und dauert nur wenige hunderte Mikrosekunden<br />
(10.000stel Sekunden). Was die<br />
In<strong>for</strong>mationsvermittlung im Gehirn derart<br />
schnell macht, haben Wissenschaftler<br />
um Jakob Sørensen vom MPIbpc und<br />
Matthijs Verhage von der Vrije Universiteit<br />
Amsterdam (Niederlande) untersucht.<br />
Nicht alle Vesikel sind gleich<br />
„Eine Nervenzelle enthält typischerweise<br />
bis zu mehrere hundert Botenstoff-Vesikel,<br />
aber nicht alle sind <strong>für</strong> eine<br />
Verschmelzung mit der Membran gleich<br />
gut präpariert“, erklärt der Neurobiologe<br />
Jakob Sørensen, der bis vor kurzem als<br />
Gruppenleiter in der Abteilung Membran-<br />
biophysik von Herrn Neher <strong>for</strong>schte.<br />
Bei normalen Zellen sind die Vesikel nahe der Zellmembran positioniert (links), anders als bei<br />
Zellen, in denen der Docking-Prozess gestört ist (rechts). Bild: Sørensen/Verhage<br />
Seite 7<br />
Vielmehr müssen die Vesikel erst einen<br />
mehrstufigen Reifungsprozess durchlaufen,<br />
um in einen verschmelzungsbereiten Zustand<br />
zu gelangen – die Grundlage <strong>für</strong> die<br />
schnelle Signalübertragung. Helferproteine<br />
positionieren dazu Vesikel in einem ersten<br />
Schritt so nahe wie möglich an die Zellmembran<br />
und heften sie dort an. Wissenschaftler<br />
bezeichnen diesen Prozess als<br />
„Docking“. Doch welche Mechanismen<br />
dabei eine Rolle spielen, darüber war bisher<br />
erstaunlich wenig bekannt.<br />
Dem deutsch-niederländischen Forscher-<br />
team ist es jetzt gelungen, die am<br />
Docking beteiligten Komponenten auf-<br />
zuklären. Wie die Wissenschaftler heraus-<br />
fanden, besteht die minimale Docking-<br />
Maschinerie aus vier Proteinen. Eines<br />
dieser Proteine ist der Kalziumsensor<br />
Synaptotagmin-1, der in der Membran<br />
der Vesikel verankert ist. Der Kalzium-<br />
sensor wurde bisher mit der kalziumabhängigen<br />
Verschmelzung von Vesikel<br />
und Zellmembran in Verbindung gebracht.<br />
„Dass der Kalziumsensor bereits<br />
beim Docking eine entscheidende Rolle<br />
spielt, hatten wir nicht erwartet“,<br />
sagt Herr Sørensen.<br />
Wie die Forscher zeigen<br />
konnten, heftet der Kalzium-<br />
sensor das Vesikel an die<br />
Zellmembran an, indem<br />
es dort an zwei SNAREs<br />
(SNAP-25 und Syntaxin-1)<br />
bindet. Das vierte Protein,<br />
Munc18-1, wird <strong>für</strong> das<br />
Docking zwar nicht direkt<br />
benötigt, doch scheint es<br />
dabei eine wichtige „Überwacherfunktion“<br />
zu übernehmen.<br />
Wie die Ergebnisse<br />
der Forscher nahelegen,<br />
dient der Komplex aus den<br />
vier genannten Molekülen<br />
als molekulare Platt<strong>for</strong>m, an
die später ein weiteres<br />
Vesikelprotein<br />
(Synaptobrevin) andocken<br />
kann.<br />
Multitaskingfähiger<br />
Sensor<br />
Experimentelle<br />
Bestätigung <strong>für</strong> diese<br />
Jakob B. Sørensen<br />
überraschende Funktion<br />
des Kalziumsensors beim Docking-<br />
Prozess erhielten jetzt die Forscherkollegen<br />
Samuel Young und Erwin Neher am <strong>Institut</strong>.<br />
„Wenn wir den Kalziumsensor an bestimmten<br />
Stellen veränderten, so konnten<br />
die Fusionskomplexe nicht mehr zusammengebaut<br />
werden“, erklärt Herr Young.<br />
Aber das Repertoire des Synaptotagmins<br />
als Kalziumsensor und „Heftklammer“<br />
scheint damit noch bei weitem nicht erschöpft.<br />
Wie die Göttinger Wissenschaftler<br />
herausfanden, sorgt der Kalziumsensor<br />
auch <strong>für</strong> die richtigen „Nachbarschaftsverhältnisse“:<br />
Die SNARE-Fusionskomplexe<br />
werden in unmittelbarer Nähe zu<br />
den Quellen des Kalziumionensignals –<br />
den Kalziumionenkanälen – positioniert.<br />
Liebe Kolleginnen und Kollegen,<br />
nach mehr als 12 Monate dauernden<br />
Bau- und Umbauarbeiten im Verwaltungsgebäude<br />
nähern sich die Arbeiten nun dem<br />
Ende. Eine letzte große Aktion steht in der<br />
Otto-Hahn-Bibliothek allerdings noch an.<br />
Ab Donnerstag, den 1. Oktober wird der<br />
Zeitschriften-Lesesaal der OHB renoviert.<br />
Es sind umfangreiche Arbeiten an Fußboden,<br />
Wänden und Beleuchtung geplant.<br />
Gleichzeitig erfolgt ein Wanddurchbruch<br />
zwischen Magazin und Lesesaal, der aus<br />
Gründen des Feuerschutzes wohl unerlässlich<br />
ist. Der Raum muss daher komplett leer<br />
geräumt werden. In den nächsten 3 bis 4<br />
Wochen stehen somit auch die Rechner-<br />
Arbeitsplätze der Bibliothek nicht zur Verfügung.<br />
Leider kann <strong>für</strong> diese Arbeitsplätze<br />
kein Ersatz angeboten werden. Wie schon<br />
während der gesamten Umbauzeit stehen<br />
Kontaktfreudige SNAREs<br />
Wenn eine erhöhte Kalziumkonzentration<br />
in der Nervenzelle schließlich das<br />
Signal gibt, wird der entstehende SNARE-<br />
Komplex vollständig ausgebildet. Dabei<br />
treten passende SNAREs miteinander in<br />
Kontakt, wodurch die Membranen einander<br />
so nahe gebracht werden, dass<br />
sie schließlich verschmelzen. „Durch<br />
die stufenweise Ausbildung des Fusions-<br />
Komplexes muss bei einem Signal der Verschmelzungsprozess<br />
nur noch zu Ende<br />
geführt werden. Dies<br />
könnte erklären, warum<br />
er so extrem<br />
schnell verläuft“, so<br />
Jakob Sørensen.<br />
C.R.<br />
Samuel M. Young<br />
Umbauarbeiten in der OHB vor dem Abschluss –<br />
Letzter Tatort: Zeitschriften-Lesesaal<br />
die Bestände der<br />
Bibliothek aber<br />
auch weiterhin<br />
in vollem Umfang<br />
zur Verfügung.<br />
Alle<br />
Monographien<br />
und Zeitschriften<br />
bleiben zugänglich.<br />
Ab<br />
so<strong>for</strong>t ist auch<br />
das Büro am gewohnten<br />
Platz<br />
im vorderen Bereich<br />
der OHB<br />
wieder besetzt.<br />
Renate Hägele,<br />
Reinhard Harbaum und Theo Köppen<br />
stehen Ihnen dort als Ansprechpartner zur<br />
Verfügung. Andrea Piepkorn und Bernhard<br />
Seite 8<br />
Rückfragen bitte an:<br />
Prof. Dr. Jakob B. Sørensen,<br />
Department of Neuroscience and Pharmacology,<br />
Faculty of Health Sciences,<br />
University of Copenhagen, Copenhagen<br />
Tel.: +45 3532 -7931<br />
E-Mail: jakobbs@sund.ku.dk<br />
Dr. Samuel M. Young,<br />
Abteilung Membranbiophysik<br />
Tel. -1297<br />
E-mail: syoung@gwdg.de<br />
Originalveröffentlichungen:<br />
Heidi de Wit, Alexander M. Walter, Ira Milosevic,<br />
Attila Gulyás-Kovács, Dietmar Riedel, Jakob B.<br />
Sørensen, Matthijs Verhage: Synaptotagmin-1<br />
docks secretory vesicles to syntaxin-1/SNAP-25<br />
acceptor complexes. Cell 138, 935-946 (2009).<br />
Samuel M. Young Jr., Erwin Neher: Synaptotagmin<br />
has an essential function in synaptic vesicle<br />
positioning <strong>for</strong> synchronous release in addition<br />
to its role as a calcium sensor. Neuron 63,<br />
482-496 (2009).<br />
Reuse sind künftig in den neu geschaffenen<br />
Büros im vorderen Teil des Lesesaals<br />
zu finden.<br />
Der Zugang zur OHB ist ab so<strong>for</strong>t auch<br />
wieder durch den offiziellen Eingang vom<br />
Foyer und der Kantine her möglich. Der<br />
„Hintereingang“ im unteren Verwaltungsflur<br />
wurde geschlossen.<br />
Sobald die Benutzerarbeitsplätze wieder<br />
zugänglich sind, erfolgt eine entsprechende<br />
Benachrichtigung. So lange bitten<br />
wir um etwas Geduld.<br />
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter<br />
der Bibliothek
Erfolgreiche Zusammenarbeit – Methodenentwicklung im Verbund<br />
In Zusammenarbeit mit den Werkstätten des MPIbpc entstand in der Biomedizinischen NMR Forschungs GmbH<br />
ein umgreifendes Arbeitsplatzkonzept, das einen effizienten Ablauf tierexperimenteller Arbeiten erlaubt – im Einklang<br />
mit dem Arbeitsschutz des Personals und dem tierschutzgemäßen Umgang mit Versuchstieren.<br />
Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe um<br />
Jens Frahm liegt vorrangig in der methodischen<br />
Weiterentwicklung der Magnetresonanz-Tomografie<br />
(MRT). Dabei steht die<br />
Verbesserung der spezifischen bildlichen<br />
Darstellung von Organsystemen, insbesondere<br />
des Gehirns, im Vordergrund. Die<br />
Biomedizinische NMR Forschungs GmbH<br />
(NMR I) besitzt zu diesem Zweck neben<br />
einem MRT-System zur humanen Anwendung<br />
(Feldstärke 3.0 T) zwei tierexperimentell<br />
genutzte MRT-Systeme mit tiefer,<br />
d.h. klinisch vergleichbarer (2.35 T) und<br />
hoher Feldstärke (9.4 T).<br />
Grundlegende Voraussetzung <strong>für</strong> MRT-<br />
Untersuchungen am zentralen Nerven-<br />
system lebender Tiere und ein Schlüssel<br />
zu reproduzierbaren Experimenten ist<br />
ein standardisierter Ablauf. Dazu gehören<br />
u.a. eine fachgerechte Narkose zur Im-<br />
mobilisierung der Tiere sowie die Aufrechterhaltung<br />
der Homöostase des anästhesierten<br />
Versuchstieres.<br />
Im Rahmen wissenschaftlicher Arbeiten<br />
stehen zeitsparenden Routinen und kommerziellen<br />
technischen Lösungen oft sehr<br />
spezielle An<strong>for</strong>derungen gegenüber, die<br />
in keiner Weise auf den Arbeitsfluss eines<br />
Experimentallabors abgestimmt sind.<br />
Wir haben daher besondere Anstrengungen<br />
unternommen, um ein Arbeitskonzept<br />
aufzubauen, dessen Verwirklichung ohne<br />
die maßgebliche Unterstützung der Werkstätten<br />
des MPIbpc nicht möglich gewesen<br />
wäre.<br />
Auf der Grundlage vielfältiger Erfahrungen<br />
mit MRT-Untersuchungen an Labor-<br />
tieren wurde neben der Konstruktion spezieller<br />
Halterungen mit möglichst großen<br />
Freiheitsgraden (Gleiten, Kippen, Drehen)<br />
zur Positionierung des Kopfes und Ankopplung<br />
an die Empfängerspule auch eine Lösung<br />
<strong>für</strong> einen effizienten Versuchsablauf<br />
umgesetzt.<br />
Besondere An<strong>for</strong>derungen an eine gute,<br />
präparative Arbeitstechnik ergeben sich<br />
nicht zuletzt durch Untersuchungen<br />
an genetisch veränderten Mäusen aus<br />
Forschungsvorhaben der translationalen<br />
Medizin. Die oft kostbaren Individuen<br />
lebensschwacher Mausmodelle, die aus<br />
kooperierenden <strong>Institut</strong>en und Abteilungen<br />
des MPIbpc stammen, werden zunehmend<br />
auch mittels nichtinvasiver MRT<br />
untersucht. Die hochaufgelöste Bildgebung<br />
solcher Tiere er<strong>for</strong>dert stets besondere<br />
Sorgfalt. Weiterhin wurde berücksichtigt,<br />
dass wandelnde Forschungsvorhaben einer<br />
interdisziplinären Arbeitsgruppe mit<br />
verschiedenartigen Ansprüchen und Fragestellungen<br />
sehr rasch zu lästigen und<br />
zeitraubenden Basteleien führen können.<br />
Bessere Arbeitssicherheit<br />
Neben den technischen Lösungen<br />
galt es auch, den Arbeitsablauf unter den<br />
Aspekten des Arbeitsschutzes und der<br />
Arbeitssicherheit zu optimieren. Das gelang<br />
beispielsweise durch die Einführung<br />
von Klemmsystemen, mit denen sich der<br />
Gebrauch von Instrumenten (Pinzetten,<br />
Schraubendrehern) und Klebeband zur<br />
Fixierung weitgehend vermeiden lässt.<br />
Von zentraler Bedeutung war dabei die<br />
Entwicklung eines Probenträger- und Zuführungssystems<br />
(s. Abb. 1), das <strong>für</strong> beide<br />
tierexperimentellen MRT-Systeme genutzt<br />
werden kann und sich gleichermaßen <strong>für</strong><br />
eine Untersuchung von narkotisierten<br />
Tieren und chemischen Proben eignet.<br />
Das System kann flexibel an die<br />
Innendurchmesser der Gradientensysteme<br />
(200 und 120 mm) und der Sendespulen<br />
(72 mm) angepasst werden. Es erlaubt,<br />
Seite 9<br />
einmal präparierte Untersuchungsobjekte<br />
nacheinander mit der bildgebenden MRT<br />
oder der räumlich lokalisierten Magnet-<br />
Resonanz-Spektroskopie (MRS) sowohl<br />
im Niedrigfeld als auch im Hochfeld vergleichend<br />
zu untersuchen.<br />
Abb. 1. 3D-Zeichnung des Tierprobenträgers („Göttingen animal bed“), das in Zusammenarbeit mit<br />
den Feinmechanischen Werkstätten I entwickelt und dort gefertigt wurde.<br />
(Technische Zeichnung B. Henkner)<br />
Das Probenträgersystem fügt sich<br />
konzeptionell in einen standardisierten<br />
Arbeitsablauf der Tierpräparation zur MRT-<br />
Untersuchung ein. Ein Charakteristikum<br />
des Konzepts ist u.a. die geschlossene Wärmekette<br />
aus aufgereihten Wärmeeinheiten<br />
in den drei Liegeflächen des Tieres während<br />
der Präparation. Sie besteht aus einer<br />
speziellen Narkosekammer (s. Abb. 2A) aus<br />
getöntem Acryl und gewärmtem Boden, einer<br />
temperierten Hilfseinrichtung zur endo-<br />
trachealen Intubation der Maus (nicht abgebildet),<br />
einem Narkosearbeitsplatz mit<br />
Untertischabsauge (s. Abb. 2 B) und dem<br />
eigentlichen Tier- bzw. Probenträger.<br />
Ein Ergebnis der Verfeinerung tierexperimenteller<br />
MRT durch die applikativen<br />
Eigenentwicklungen zeigen die aktuellen<br />
Aufnahmen hochaufgelöster anatomischer<br />
Bilder des Gehirns von Mäusen durch<br />
Boretius et al. (2009). Diese er<strong>for</strong>dern<br />
neben optimierten Sequenzprotokollen<br />
einen hohen Grad an Bewegungsarmut<br />
des künstlich beatmeten Versuchstieres.<br />
Das Tierträgersystem bewährt sich auch<br />
bei weiteren Anwendungen wie der MR-<br />
Spektroskopie (Michaelis et al. 2009), bei
A B<br />
der die narkotisierten Tiere oft über Zeiträume<br />
von mehreren Stunden präzise und<br />
lebenserhaltend gelagert werden müssen.<br />
Das mit einem internationalen Patent<br />
versehene System wird inzwischen durch<br />
die Technologietransfergesellschaft der<br />
MPG, die <strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Innovation GmbH,<br />
München betreut.<br />
Für dessen bauliche wie konstruktionszeichnerische<br />
Umsetzung ebenso wie auch<br />
<strong>für</strong> einige andere der hier gezeigten Arbeiten<br />
möchten wir uns bei den Mitarbeitern<br />
der Feinmechanischen Werkstätten I<br />
(Leiter Rainer Schurkötter), vor allem bei<br />
den Herren Andreas Pucher-Diehl, Bernd<br />
Henkner und Frank Grabowski sehr bedanken.<br />
Unser Dank gilt ebenso Herrn Herbert<br />
Nolte (Glastechnik), den Mitarbeitern der<br />
Tischlerei (Leiter Peter Böttcher) sowie den<br />
Fachkräften der Schlosserei.<br />
Seite 10<br />
Abb. 2. (A) Bodenbeheizte Narkosekammer<br />
aus rotem Acryl<br />
mit Schiebedeckel. Mäuse<br />
nehmen die getönte Kammer<br />
als dunklen Fluchtort an und<br />
laufen zur hinteren Stirnseite,<br />
was das Schließen des Schiebedeckels<br />
erleichtert. Die Wärmeplatte<br />
des Kammerbodens<br />
ist einzeln verwendbar (Foto<br />
Tammer). (B) Hochwertiger<br />
Arbeitstisch mit HPL-Laborarbeitsplatte<br />
und integriertem<br />
Absaugemodul aus Edelstahl.<br />
Die versenkbare Schutzhaube<br />
ist zurückgeklappt und kann<br />
vollständig unter die Arbeitsplatte<br />
versenkt werden<br />
(Foto Goldmann).<br />
Abb. 3. (A) Die linke Hälfte der Abbildung zeigt<br />
ein T2-gewichtetes MR-Bild einer Gehirnhemisphäre<br />
der Maus in horizontaler Schichtführung.<br />
Die Aufl ösung beträgt 30 µm x 30 µm in der<br />
Bildebene und die Schichtdicke 300 µm. In der<br />
Bildreihe rechts daneben sind (von oben nach<br />
unten) Ausschnittsvergrößerungen der Hirnrinde,<br />
des Hippocampus und des Kleinhirns zu sehen<br />
(Aufnahme S.Boretius)<br />
Rückfragen bitte an:<br />
Dr. med. vet. Roland Tammer<br />
Biomedizinische NMR Forschungs GmbH<br />
Tel.: 1722; E-Mail: rtammer@gwdg.de<br />
Originalveröffentlichungen:<br />
Boretius S, Kasper L, Tammer R, Michaelis T, Frahm<br />
J. MRI of cellular layers in mouse brain in vivo.<br />
NeuroImage 2009; doi: 10.1016/j.neuroimage.2009.<br />
05.095.<br />
Michaelis T, Boretius S, Frahm J. Localized proton<br />
MRS of animal brain in vivo: models of<br />
human disorders. J Prog Nucl Magn Reson<br />
Spectrosc 2009; 55: 1-34.<br />
Es ist alles möglich in diesem Universum. Hauptsache es ist genügend unvernünftig.<br />
Niels Bohr
A winning team – magnetic resonance imaging meets precision engineering<br />
A tight collaboration between the animal researchers of the Biomedizinische NMR Forschungs GmbH and the<br />
mechanical workshop of the MPIbpc resulted in an optimized workfl ow, safety, and animal welfare that led to<br />
scientifi c advances in small animal MRI.<br />
Scientifi c interest of the biomedical<br />
NMR group (head Jens Frahm) focuses on<br />
the further development of refi ned magnetic<br />
resonance imaging (MRI) methods<br />
<strong>for</strong> noninvasive imaging of inner organs,<br />
in particular the brain. While human studies<br />
are per<strong>for</strong>med with an MRI system operating<br />
at a fi eld strength of 3.0 T, small<br />
animal MRI employs both a small-bore<br />
system at 2.35 T, which facilitates translational<br />
research toward potential clinical<br />
applications, and a high-fi eld system at 9.4<br />
T, which optimizes the technical conditions<br />
<strong>for</strong> imaging small structures.<br />
A most important issue <strong>for</strong> studies of<br />
the central nervous system of living animals<br />
is the development of standardized<br />
procedures, including techniques <strong>for</strong> the<br />
immobilization and sustained homeostasis<br />
of anesthetized animals. Because commercially<br />
available solutions often fail to meet<br />
the actual experimental needs, we undertook<br />
considerable ef<strong>for</strong>ts to design a concept<br />
that on the one hand is tailored to our<br />
specifi c laboratory conditions, but on the<br />
other hand allows <strong>for</strong> a fl exible adaptation<br />
of diverse experimental requirements. All<br />
hardware components were developed in<br />
close collaboration with the mechanical<br />
workshop Feinmechanik I (head Rainer<br />
Schurkötter).<br />
A key element of our concept was the<br />
design and implementation of an MRI-compatible<br />
animal and sample carrier system<br />
(Fig. 1). It is based on our long-lasting experience<br />
in MRI of laboratory animals and fi ts<br />
both the low-fi eld and high-fi eld MRI magnets.<br />
The system offers a simple exchange<br />
of animals and samples, and lends itself<br />
to complementary as well as comparative<br />
experiments at different fi eld strengths. The<br />
patented system is currently managed by<br />
<strong>Max</strong> <strong>Planck</strong> Innovation, Munich.<br />
The mouse carrier system, together with<br />
a chamber <strong>for</strong> anesthesia (Fig. 2) and a device<br />
to assist endotracheal intubation (not<br />
shown), is part of a “warming chain”. All<br />
surfaces in contact with the (premedicated)<br />
anesthetized animal are warmed to avoid<br />
hypothermia (body temperatures < 36.5 °C).<br />
This holds true <strong>for</strong> preparation periods as<br />
well as during MRI examinations, which<br />
then may last <strong>for</strong> several hours. Because<br />
animals are anesthetized with volatile anesthetics,<br />
the system requires a constant<br />
gas fl ow. A specially designed extractor<br />
Renovation of the Otto Hahn Library –<br />
Last Scene: the Journal Reading Room<br />
After more than 12 months of reconstruction<br />
work in the administration building<br />
and the library, the rebuilding activities<br />
are coming close to an end. The last huge<br />
action has now been started in the library:<br />
the renovation of the journal reading room.<br />
For this purpose, all shelves and desks have<br />
to be removed including the computers.<br />
This means that, un<strong>for</strong>tunately, they will<br />
not be available <strong>for</strong> the next 3 to 4 weeks.<br />
However, all monographs and journals and<br />
the copy machines will be accessible.<br />
The main entrance of the library is now<br />
open again. The back entrance will there<strong>for</strong>e<br />
be shut as of today. In the renovated<br />
offi ce opposite to the entrance you fi nd<br />
Seite 11<br />
hood (Fig. 3) is part of the workstation<br />
and enables endotracheal intubation of the<br />
mouse, while avoiding inadequate chronic<br />
exposure to waste gas.<br />
Not only in industry but also in basic<br />
science the organization of an optimized<br />
workfl ow and the use of state-of-the-art<br />
methodology pave the way to progress.<br />
Only recently, our in-house developments<br />
together with improved MRI sequences<br />
summed up to a fi rst outstanding achievement.<br />
Figure 4 shows an in vivo image of<br />
the mouse brain with an in-plane resolution<br />
of 30 µm x 30 µm, which unravels<br />
cell layers in the cortex and subcortical<br />
structures (Boretius et al. 2009).<br />
It is important to note that realization of<br />
a multitude of individual technical solutions<br />
within a reasonable time scale could<br />
not have been accomplished without the<br />
substantial technical skills and support<br />
of the Feinmechanik workshop. Special<br />
thanks go to Andreas Pucher-Diehl, Bernd<br />
Henkner, and Frank Grabowski. We also<br />
thank Herbert Nolte (<strong>for</strong>mer glas workshop)<br />
and the members of the carpentry<br />
and machine fi tter’s workshops.<br />
our colleagues Renate Haegele, Reinhard<br />
Harbaum and Theo Koeppen. Andrea Piepkorn<br />
and Bernhard Reuse moved to the<br />
new offi ces downstairs in the reading room.<br />
Notice will be given immediately after<br />
the completion of the renovation work<br />
and after the computer workstations will<br />
be accessible again. Again we ask you <strong>for</strong><br />
your patience.<br />
Your library team
Abgänge<br />
Abt. Gene und Verhalten (Eichele)<br />
Dr. Murat Yaylaoglu, zum 24.9.2009.<br />
Dr. Xunlei Zhou, zum 30.9.2009; Universität<br />
Tübingen.<br />
Abt. Theoretische und computergestützte<br />
Biophysik (Grubmüller)<br />
Dr. Udo Schmitt, zum 30.9.2009.<br />
Abt. NanoBiophotonik (Hell)<br />
Dr. Vadim Boyarskiy, zum 31.08.2009;<br />
Universität St. Petersburg.<br />
Peggy Findeisen, zum 14.9.2009.<br />
Dr. Kirill Kolmakov, zum 31.8.2009;<br />
Universität St. Petersburg.<br />
Emeritus-Abteilung Labor <strong>für</strong> Zelluläre<br />
Dynamik (Jovin)<br />
Ingrid Belser, zum 31.10.2009.<br />
Dr. Ziba Kiafard, zum 31.10.2009.<br />
FG Molekulare Zelldifferenzierung<br />
(Mansouri)<br />
Dr. Willem van den Akker, zum<br />
31.8.2009.<br />
Allgemeine Dienste (Tischlerei)<br />
Astrid Kliewes, zum 31.8.2009.<br />
Sven Woiwade, zum 31.8.2009.<br />
Promotionen<br />
Abt. Gene und Verhalten (Eichele)<br />
Dr. Harun Budak, Promotion mit dem<br />
Thema „Characterization of Tip60<br />
gen in the mammalian circadian system“,<br />
Atatürk Universität, Erzurum<br />
(Türkei), 14.8.2009.<br />
AG Dreidimensionale Kryo-Elektronenmikroskopie<br />
(Stark)<br />
Burkhard Heisen, Promotion mit dem<br />
Thema „New Algorithms <strong>for</strong> Macromolecular<br />
Structure Determination“<br />
im Fachbereich Biologie der Universität<br />
Göttingen, 08.09.2009.<br />
Neueinstellungen<br />
Neueinstellungen<br />
Christina Ahlbrecht<br />
Abt. Gene und Verhalten<br />
(Eichele)<br />
Tierpflegerin<br />
Tel. 2761, seit 17.8.2009<br />
Dr. Andrea Vaiana<br />
Abt. Theoretische und computergestützte<br />
Biophysik (Grubmüller)<br />
Postdoc<br />
Molekulardynamiksimulation<br />
an Ribosomen<br />
Tel. 2304, seit 1.9.2009<br />
Sukrit Srivastava<br />
Abt. Zelluläre Biochemie<br />
(Lührmann)<br />
Doktorand<br />
Structural studies of the<br />
spliceosomal Prp19 related<br />
proteins<br />
Tel. 1591, seit 10.9.2009<br />
Seite 12<br />
Carl Burmeister<br />
Martin Höfling<br />
Abt. Theoretische und computer- Abt. Theoretische und computergestützte<br />
Biophysik (Grubmüller) gestützte Biophysik (Grubmüller)<br />
Doktorand<br />
Doktorand<br />
Primary Effects of X-ray Radiation Molecular Dynamics as a<br />
on Biomolecules: Computer tool to reveal the processes in<br />
Simulations of Electron Dyna- nanoscale experiments on the<br />
mics upon Photoionization atomistic scale<br />
Tel. 2307, seit 1.9.2009 Tel. 2314, seit 20.9.2009<br />
Dr. Mina Lee<br />
Abt. NanoBiophotonik<br />
(Hell)<br />
Postdoc<br />
Photoimaging of Molecules<br />
Tel. 2600, seit 1.9.2009<br />
Sejeong Lee<br />
Abt. Physikalische Biochemie<br />
(Rodnina)<br />
Doktorandin<br />
Function of the Signal<br />
Recognition Particle from E.coli<br />
Tel. 2913, seit 1.10.2009<br />
Anzhalika Sidarovich<br />
Abt. Zelluläre Biochemie<br />
(Lührmann)<br />
Diplomandin<br />
Untersuchungen zur<br />
Struktur des Spleißosoms aus S.<br />
cerevisiae<br />
Tel. 1972, seit 15.9.2009<br />
Lydia Abdelhalim<br />
Emeritus-Abteilung Labor <strong>für</strong><br />
Zelluläre Dynamik (Jovin)<br />
Tel. 1384, seit 1.9.2009
Mehdi Pirouz<br />
FG Entwicklungsbiologie<br />
(Kessel)<br />
Doktorand<br />
Keimzellen in Mausmutanten<br />
Tel. 1752, seit 1.8.2009<br />
Jan Zelmer<br />
Neueinstellungen<br />
Neueinstellungen<br />
Allgemeine Dienste<br />
(Feinmechanik)<br />
Azubi Feinwerkmechaniker<br />
Tel. 1462, seit 1.9.2009<br />
Maja Lindemann<br />
Allgemeine Dienste<br />
(Verwaltung)<br />
Azubi Bürokommunikation<br />
seit 1.8.2009<br />
Erdem Erikci<br />
PG Molekulare Neuroentwicklungsbiologie<br />
(Chowdhury)<br />
Doktorand<br />
Functional Analysis of the<br />
microRNA-212/132 mouse<br />
mutants<br />
Tel. 1567, seit 1.9.2009<br />
Carla Enchelmaier<br />
Allgemeine Dienste<br />
(Tischlerei)<br />
Azubi Tischlerin<br />
seit 1.9.2009<br />
Lea Nolte<br />
Allgemeine Dienste<br />
(Verwaltung)<br />
Praktikantin<br />
seit 1.8.2009<br />
Florian Franke<br />
Allgemeine Dienste<br />
(Feinmechanik)<br />
Azubi Feinwerkmechaniker<br />
Tel. 1462, seit 1.9.2009<br />
Michael Kamlot<br />
Allgemeine Dienste<br />
(Verwaltung)<br />
Pförtner<br />
seit 1.9.2009<br />
Seite 13<br />
Gäste<br />
Abt. NanoBiophotonik (Hell)<br />
Shi Wen Chu, National Taiwan University;<br />
Tel. 2503, 20.8. - 21.8.2009.<br />
Sven Hippe, Universität Bochum;<br />
Tel. 2511, 24.8.- 25.8.2009.<br />
Kaspar Leuenberger, EPFL Lausanne;<br />
Tel. 2555, 31.8. - 05.09.2009.<br />
Computerbasierte biomolekulare<br />
Chemie (Groenhof)<br />
Ricardo Matute, University of Chile;<br />
Tel. 2320, 4.9. - 31.10.2009.<br />
25<br />
MAX-PLANCK-JUBILÄEN<br />
Am 29.6. 2009 beging<br />
Herr Jens Schimpfhauser<br />
(AG Reaktionsdynamik)<br />
sein 25-jähriges Dienstjubiläum.<br />
Am 1.9. 2009 beging<br />
Herr Hubertus Kopp<br />
(Abt. Neurobiologie)<br />
sein 25-jähriges Dienstjubiläum.
Die GWDG in<strong>for</strong>miert<br />
Durch die Änderung<br />
der Passwort-<br />
Verschlüsselung auf<br />
den UNIX-Systemen<br />
ist es er<strong>for</strong>derlich, dass<br />
alle Benutzerinnen und<br />
Benutzer, die ihr Passwort<br />
seit dem 1. Juni 2006 nicht mehr<br />
geändert haben, diese aus Sicherheitsgründen<br />
längst fällige Passwort-Änderung<br />
spätestens bis zum 31.10.2009 über das<br />
Benutzerportal https://benutzer-portal.<br />
gwdg.de vornehmen.<br />
Seit dem 28.8.2009 ist das neue Betriebssystem<br />
Mac OS X 10.6, auch bekannt<br />
unter dem Namen Snow Leopard, auf dem<br />
Markt. Äußerlich unterscheidet es sich nur<br />
wenig vom Vorgänger, die entscheidenden<br />
Neuerungen betreffen eher den Systemkern.<br />
Im Wesentlichen wurden die vorhandenen<br />
Funktionalitäten überarbeitet und<br />
verbessert.<br />
Die GWDG hat in den vergangenen<br />
Monaten <strong>für</strong> ihren Maschinenraum ein<br />
Überwachungsnetz <strong>für</strong> die technische<br />
Infrastruktur aufgebaut, das die bereichsweise<br />
Kontrolle von Temperaturen,<br />
Luftfeuchtigkeit und Kondensatbildung ermöglicht.<br />
Auch die Qualität der Stromversorgung<br />
wird kontinuierlich gemessen. Der<br />
Betriebsstatus der geschlossenen Serverschränke<br />
mit integrierter Wasserkühlung<br />
kann ebenso abgerufen werden wie der<br />
Status der USVen. Weitere Schritte <strong>für</strong><br />
den Ausbau des Überwachungsnetzes<br />
sind geplant.<br />
Weitere In<strong>for</strong>mationen finden Sie in den<br />
GWDG-Nachrichten 9/2009. Alle Ausgaben<br />
der GWDG-Nachrichten finden Sie<br />
im WWW unter dem URL<br />
http://www.gwdg.de/GWDG-nr<br />
Thomas Otto, GWDG<br />
© GWDG<br />
Publikationen<br />
Abt. Gene und Verhalten (Eichele)<br />
Szabo, N.E., T. Zhao, X. Zhou, and G. Alvarez-Bolado: The role of Sonic hedgehog<br />
of neural origin in thalamic differentiation in the mouse. J. Neurosci. 29, 2453-<br />
2466 (2009).<br />
Szabo, N.E., T. Zhao, X. Zhou, and G. Alvarez-Bolado: Role of neuroepithelial<br />
Sonic hedgehog in hypothalamic patterning. J. Neurosci. 29, 6989-7002 (2009).<br />
Abt. Theoretische und computergestützte Biophysik (Grubmüller)<br />
Goette, M, M.C. Stumpe, R. Ficner, and H. Grubmüller: Molecular determinants<br />
of snurportin 1 ligand affinity and structural response upon binding. Biophys. J.<br />
97, 581-589 (2009).<br />
Haas, J., E. Vöhringer-Martinez, A. Bögehold, D. Matthes, A. Pelah, B. Abel, and<br />
H. Grubmüller: Primary steps of pH-dependent insulin aggregation kinetics are<br />
governed by con<strong>for</strong>mational flexibility. ChemBioChem. 10, 1816-1822 (2009).<br />
Abt. NanoBiophotonik (Hell)<br />
Rankin, B., and S.W. Hell: STED microscopy with a MHz pulsed stimulated-Ramanscattering<br />
source. Opt. Exp. 17, 15679-15684 (2009).<br />
Wildanger, D., J. Bückers, V. Westphal, S.W. Hell, and L. Kastrup: A STED microscope<br />
aligned by design. Opt. Exp. 17, 16100-16110 (2009).<br />
Hell, S.W., R. Schmidt, and A. Egner: Diffraction-unlimited three-dimensional optical<br />
nanoscopy with opposing lenses. Nature Photon. 3, 381-387 (2009).<br />
Strack, R.L., B. Hein, D. Bhattacharyya, S.W. Hell, R.J. Keenan, and B.S. Glick: A<br />
Rapidly Maturing Far-Red Derivative of DsRed-Express2 <strong>for</strong> Whole-Cell Labeling.<br />
Biochemistry 48, 8279-8281 (2009).<br />
Abt. Neurobiologie (Jahn)<br />
Rummel, A., K. Häfner, S. Mahrhold, N. Darashchonak, M. Holt, R. Jahn, S. Beermann,<br />
T. Karnath, H. Bigalke, and T. Binz: Botulinum neurotoxins C, E and F bind<br />
gangliosides via conserved binding site prior to stimulation-dependent uptake with<br />
botulinum neurotoxin F utilising the three iso<strong>for</strong>ms of SV2 as second receptor. J.<br />
Neurochem. 110, 1942-1954 (2009).<br />
Hosoi, N., M. Holt, and T. Sakaba: Calcium Dependence of Exo- and Endocytotic<br />
Coupling at a Glutamatergic Synapse. Neuron 63, 216-229 (2009).<br />
Abt. Zelluläre Biochemie (Lührmann)<br />
Pena, V., S.M. Jovin, P. Fabrizio, J. Orlowski, J.M. Bujnicki, R. Lührmann, and M.C.<br />
Wahl: Common design principles in the spliceosome RNA helicase Brr2 and in<br />
the Hel308 DNA helicase. Mol. Cell 35, 454-466 (2009).<br />
Emeritus-Abteilung Labor <strong>für</strong> Zelluläre Dynamik (Jovin)<br />
Celej, M.S., W. Caarls, A. Demchenko, and T.M. Jovin: A triple emission fluorescent<br />
probe reveals distinctive amyloid fibrillar polymorphism of wild-type α-synuclein<br />
and its familial Parkinson’s disease-mutants. Biochem. 48, 7465-7472 | DOI:<br />
10.1021/bi9003843 (2009).<br />
Caarls, W., M.S. Celej, A.P. Demchenko, and T.M. Jovin: Characterization of coupled<br />
ground state and excited state equilibria by fluorescence spectral deconvolution.<br />
J. Fluorescence. On Line. | DOI 10.1007/s10895-009-0536-1 (2009).<br />
Botelho, M.G., X. Wang, D.J. Arndt-Jovin, D. Becker, and T.M. Jovin: Induction of<br />
terminal differentiation in melanoma cells on downregulation of b-amyloid precursor<br />
protein. J. Investigative Dermatology. On Line | DOI:10.1038/jid.2009.296 (2009).<br />
Seite 14
Publikationen Chinesisches<br />
Emeritus-Abteilung Spektroskopie und photochemische Kinetik (Troe)<br />
Meindl, K., J. Henn, N. Kocher, D. Leusser, K.A. Zachariasse, G.M. Sheldrick,<br />
T. Koritsanszky and D. Stalke: Experimental charge density studies of disordered<br />
N-phenylpyrrole and N-(4-fluorophenyl)pyrrole. J. Phys. Chem. A 113, 9684-<br />
9691 (2009).<br />
Guzzi, R., R. Bartucci, L. Sportelli, M. Esmann and D. Marsh: Con<strong>for</strong>mational heterogeneity<br />
and spin-labeled –SH groups: pulsed EPR of Na,K-ATPase. Biochemistry<br />
48, 8343-8354 (2009).<br />
FG Computergestützte biomolekulare Dynamik (de Groot)<br />
Hub, J.S., and B.L. de Groot: Detection of functional modes in protein dynamics.<br />
PLoS Computational Biology 5: e1000480 (2009).<br />
Biomedizinische NMR Forschungs GmbH (Frahm)<br />
Gadjanski, I., S. Boretius, S.K. Williams, P. Lingor, J. Knöferle, M.B. Sättler, R. Fairless,<br />
S. Hochmeister, K.-W. Sühs, T. Michaelis, J. Frahm, M.K. Storch, M. Bähr, and R.<br />
Diem: Role of N-type voltage-dependent calcium channels in autoimmune optic<br />
neuritis. Ann. Neurol. 66, 81-93 (2009).<br />
AG Bioanalytische Massenspektrometrie (Urlaub)<br />
Palfi, Z., N. Jaé, C. Preusser, K.H. Kaminska, J.M. Bujnicki, J.H. Lee, A. Günzl,<br />
C. Kambach, H. Urlaub, and A. Bindereif: SMN-assisted assembly of snRNPspecific<br />
Sm cores in trypanosomes. Genes Dev. 23, 1650-1664 (2009).<br />
Lakomek, K., A. Dickmanns, M. Kettwig, H. Urlaub, R. Ficner, and T. Lübke: Initial<br />
insight into the function of the lysosomal 66.3 kDa protein from mouse by means<br />
of X-ray crystallography. BMC Struct. Biol. 9, 56 (2009).<br />
FG Molekulare Zelldifferenzierung (Mansouri)<br />
Collombat, P., X. Xu, P. Rassard, B. Sosa-Pineda, S. Dussaud, N. Billestrup,<br />
O.D. Madsen, P. Serup, H. Heimberg, and A. Mansouri : The ectopic expression<br />
of Pax4 in the mouse pancreas converts progenitor cells into α and subsequently<br />
b cells. Cell 138, 449-462, (2009).<br />
SNWG Biophysik der synaptischen Übertragung (Sakaba)<br />
Hosoi, N., M. Holt, and T. Sakaba: Calcium Dependence of Exo- and Endocytotic<br />
Coupling at a Glutamatergic Synapse. Neuron 63, 216-229 (2009).<br />
Nachruf<br />
Am 28.08.2009 verstarb unser ehemaliger Mitarbeiter<br />
Arthur Lübeck<br />
im Alter von 85 Jahren.<br />
Wir haben Herrn Lübeck in den Jahren seiner langjährigen Tätigkeit als einen<br />
überaus pflichtbewussten, kompetenten Mitarbeiter kennengelernt, der sehr<br />
geschätzt wurde. Unser Mitgefühl gilt seiner Familie.<br />
Wir werden Herrn Lübeck ein ehrendes Andenken bewahren.<br />
<strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>biophysikalische</strong> Chemie<br />
<strong>Institut</strong>sleitung * Betriebsrat * Mitarbeiter<br />
Seite 15<br />
Yoga<br />
(Qigong und T’ai Chi Movement)<br />
Gesundheitsvorsorgekurs am<br />
MPIbpc<br />
Alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter<br />
sind herzlich eingeladen, an diesem Kurs<br />
teilzunehmen, um das Energieniveau und<br />
damit auch ihre Vitalität, Wachheit und<br />
Wohlbefinden zu steigern.<br />
Interessenten melden sich bitte per Email<br />
bei Cornelia Maggs (cmaggs@gwdg).<br />
Wo der Kurs stattfindet, wird den Teilnehmerinnen<br />
und Teilnehmern wegen<br />
unvorhersehbarer Göttinger Wetterverhältnisse<br />
kurzfristig per E-mail bekannt<br />
gegeben (Dachterasse, Waldrand oder<br />
<strong>Seminar</strong>raum/Hörsaal).<br />
Der Kurs findet seit 15. September 2009<br />
jeweils Dienstags und Donnerstags um<br />
12:30 Uhr statt und wird von Holger<br />
Bartels geleitet. Bei Fragen zum Kurs wenden<br />
Sie sich bitte an holger.bartels@mpibpc.<br />
mpg.de.<br />
Chineseyoga<br />
(Qigong and T’ai Chi Movement)<br />
Health class at the MPIbpc<br />
All members of staff are cordially invited<br />
to take part in this class in order to raise<br />
the energy level and thus increase your<br />
vitality, alertness and well-being.<br />
If you are interested, please contact<br />
Cornelia Maggs (cmaggs@gwdg.de).<br />
Due to unpredictable Göttingen weather<br />
conditions, we will in<strong>for</strong>m you of the location<br />
per e-mail shortly be<strong>for</strong>e the event<br />
(roof terrace, edge of the woods or seminar<br />
room).<br />
The class has started on 15th September<br />
2009. It will take place on Tuesdays and<br />
Thursdays, 12.30 pm, and will be run by<br />
Holger Bartels. If you have any questions<br />
with regard to the class, please contact<br />
holger.bartels@mpibpc.mpg.de
Independent Day 2009<br />
Sixty-two years ago, on August 15 th 1947,<br />
at the stroke of midnight, when the world<br />
was asleep, a historical event has changed<br />
the world <strong>for</strong>ever. It was the triumph of<br />
human values over tyrannical and imperialist<br />
hegemony; it heralded the strength<br />
of peace and non-violence as governing<br />
Der Betriebsrat in<strong>for</strong>miert<br />
Wie hätten Sie geurteilt?<br />
Aus der Praxis der Arbeitsgerichte<br />
Fall 1:<br />
Folgender Fall wurde vor dem Landesarbeitsgericht (LAG) Rheinland-Pfalz<br />
verhandelt:<br />
Ein Arbeitnehmer (AN) gerät in Streit mit seinem Vorgesetzten<br />
und verlässt wutentbrannt den Betrieb. Dabei äußert er sich<br />
vor Arbeitskollegen (Zeugen) lautstark, dass er nicht mehr in<br />
diesem Unternehmen arbeiten wolle.<br />
Einige Tage später meldet er sich krank, indem er die Arbeits-<br />
unfähigkeitsbescheinigung seines Arztes beim Arbeitgeber (AG)<br />
einreicht.<br />
Der AG erkennt diese Krankmeldung nicht an und argumentiert,<br />
dass der AN nicht mehr leistungswillig gewesen sei und<br />
die Erkrankung vorgeschoben habe. Damit entfalle der Anspruch<br />
auf Lohn<strong>for</strong>tzahlung im Krankheitsfalle.<br />
Damit ist der AN allerdings überhaupt nicht einverstanden<br />
und klagt vor dem Arbeitsgericht.<br />
Er verliert seinen Prozess vor dem Arbeitsgericht und geht in<br />
Revision vor dem LAG. Er verklagt seinen AG auf Lohn<strong>for</strong>tzahlung<br />
mit der Begründung, dass er ja krank gewesen sei, was die<br />
Arbeitsunfähigkeitsbescheinigung des Arztes beweise.<br />
principles of modern society. Above all, it<br />
was the dawn of world’s largest democracy<br />
on the face earth – the free and independent<br />
India.<br />
To commemorate the struggle and sacrifice<br />
of millions, and to celebrate the hope<br />
and promise of future, Indian <strong>students</strong> and<br />
Liebe Kolleginnen und Kollegen,<br />
der Betriebsrat möchte Ihnen in dieser Ausgabe der MPIbpc News zwei Fälle aus der Praxis der Arbeitsgerichte vorstellen und Sie<br />
zum Nachdenken anregen unter dem Motto: „Wie hätte ich geurteilt, wenn ich Richter gewesen wäre“.<br />
Seite 16<br />
scientists in Goettingen have gathered <strong>for</strong> a<br />
flag-hoisting ceremony in the open grounds<br />
of MPIbpc. The program began with flag<br />
hoisting, followed by national anthem,<br />
patriotic songs, and ended with Indian<br />
sweets (of course!). Prof. Dr. N. Siva<br />
Kumar, visiting scientist of the Biochemistry<br />
Department, University of Goettingen,<br />
hoisted the flag. In addition, there was<br />
a small talk given by Dr. Ramesh Ahuja<br />
(Director, Goettingen Liaison Office India)<br />
to promote Goettingen-India co-operation<br />
initiatives.<br />
Continuing the trend of previous years,<br />
administrative staff of the MPIbpc played<br />
an instrumental and supportive role <strong>for</strong> organizing<br />
the event. ‘Our sincere thanks to<br />
all the people who helped us,’ said one of<br />
the organizers of the event.<br />
Madhu Babu Gajula Balija<br />
Betriebsrat<br />
<strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>biophysikalische</strong> Chemie<br />
Fall 2:<br />
Private Post auf Kosten der Arbeitgebers (AG):<br />
Der Arbeitnehmer (AN) hatte die Aufgabe, die Korrespondenz<br />
mit den Kunden zu erledigen, Briefe zu verfassen und diese zum<br />
Frankieren in die zentrale Poststelle zu geben.<br />
Einer Mitarbeiterin in der Poststelle fiel auf, dass einige Briefe<br />
handschriftlich und nicht, wie sonst üblich, maschinenschriftlich<br />
adressiert waren. Der AN wurde daraufhin zu einem klärenden<br />
Personalgespräch gebeten, in dem er zugab, dass es sich um<br />
seine Privatpost handelte. Dies sei nichts Besonderes und es sei<br />
nichts dabei, dies zu tun.<br />
Dem AN wurde daraufhin seitens des AG wegen seines Verhaltens<br />
fristlos gekündigt.<br />
Der AN war der Meinung, dass sein Verhalten weder eine<br />
ordentliche noch eine außerordentliche (fristlose) Kündigung<br />
rechtfertige und reichte eine Kündigungsschutzklage beim Arbeitsgericht<br />
ein. Der Prozess endete schließlich vor dem LAG<br />
Hessen.<br />
Der Richter hatte über einen Fall zu urteilen, bei dem der AN<br />
seinem AG einen Schaden von unter 5 Euro verursacht hatte.<br />
Wenn Sie der Arbeitsrichter gewesen wären, wie hätte Ihr Urteil gelautet?<br />
Das Urteil der Richter zu den beiden Fällen finden Sie auf der nächsten Seite.
So haben die Richter geurteilt<br />
Auflösung des Falles 1:<br />
Urteil des Gerichts<br />
Fakt ist: Ein Arbeitnehmer, der krank ist, hat zwangsläufig Anspruch<br />
auf Lohn<strong>for</strong>tzahlung (Anmerkung: Im Bereich des TVöD-<br />
Bund sind es 6 Wochen).<br />
Die Krankheit muss der einzige Grund sein, warum eine geschuldete<br />
Arbeitsleistung nicht mehr erbracht werden kann.<br />
Urteil:<br />
Der Richter gab dem Arbeitgeber recht. Der AN (Kläger) verlor<br />
den Prozess. Es ging nicht darum, ob der AN krank gewesen<br />
sei. Entscheidend sei, dass der AN vor Zeugen deutlich gemacht<br />
habe, nicht mehr im Unternehmen arbeiten zu wollen. Durch<br />
seine (Anm.: in der Wut gemachten) Äußerungen habe er den<br />
Anspruch auf Lohn<strong>for</strong>tzahlung verloren.<br />
Anmerkung: Ob dem AN gekündigt worden ist, geht aus dem<br />
Urteil nicht hervor, denn der Richter hatte nur über die Lohn<strong>for</strong>tzahlung<br />
zu urteilen. Es ist sehr wahrscheinlich, denn durch<br />
Entfernen von seinem Arbeitsplatz hat er seinen Arbeitsvertrag<br />
schwerwiegend verletzt.<br />
Gesellenprüfung im Tischlerhandwerk 2009<br />
Es ist immer eine Heraus<strong>for</strong>derung <strong>für</strong> die<br />
angehenden Gesellen, sich in der Arbeits-<br />
probe zu beweisen und am Gesellenstück<br />
zu zeigen, was sie können. Der<br />
theoretische Teil und die Fachgespräche<br />
sind die beiden anderen Bereiche der<br />
Gesellenprüfung.<br />
Dieses Jahr musste sich Herr Sven<br />
Woiwade dieser Heraus<strong>for</strong>derung stellen.<br />
Er hat mit Abschluss der Arbeitsprobe<br />
seine Prüfung am 26.8.2009 bestanden.<br />
Dazu gratulieren wir ihm herzlich.<br />
Das erste Ausbildungsjahr BGJ Holz absolvierte<br />
er auf der BBS 2 in Göttingen.<br />
Von 2007 bis 2009 wechselte er dann <strong>für</strong><br />
die beiden anderen Ausbildungsjahre an<br />
unser <strong>Institut</strong>.<br />
Der Gesellenbrief wurde ihm am<br />
30.8.2009 auf der feierlichen Freisprechung<br />
überreicht. Zuvor konnten alle Gesellenstücke<br />
in der Ausstellung der BBS<br />
2 besichtigt werden – eine Ausstellung,<br />
über die auch die lokale Presse berichtete.<br />
Als Gesellenstück fertigte Herr Woiwade<br />
eine Anrichte aus Esche in Massivholz.<br />
Rund 106 Arbeitsstunden benötigte er da<strong>für</strong>.<br />
Und muss zudem auch die Materialkosten<br />
selbst tragen: rund 500,- € fielen<br />
da<strong>für</strong> an.<br />
Die übliche Ausstellung des Gesellenstücks<br />
am <strong>Institut</strong> ist in diesem Jahr leider<br />
nicht möglich, da sich das Foyer noch<br />
im Umbau befindet. Eine ausgiebige Foto-<br />
Sven Woiwade<br />
Seite 17<br />
Auflösung des Falles 2:<br />
Urteil des Richters<br />
Vor Gericht lautet die Argumentation des AN: Sein Verhalten<br />
sei mit einem Diebstahlsversuch nicht zu vergleichen, da er<br />
nichts verheimlicht und seine Post aus Zeitmangel in die Briefpost<br />
gegeben habe. Eine fristlose ebenso wie eine ordentliche<br />
Kündigung sei deshalb unverhältnismäßig.<br />
Die Argumentation des AG lautete: Das Verhalten des AN belege,<br />
dass dieser auch künftig vergleichbare Verfehlungen begehen<br />
werde.<br />
Urteil:<br />
Das Gericht befand die fristlose Kündigung <strong>für</strong> gerechtfertigt.<br />
Durch sein Fehlverhalten habe er das Vertrauen(!!!) des AG in<br />
seine Redlichkeit als AN zerstört und sei damit <strong>für</strong> die Firma<br />
nicht mehr tragbar. Selbst eine Abmahnung sei nicht er<strong>for</strong>derlich<br />
(Anm.: wie sie vor einer ordentlichen Kündigung hätte<br />
erfolgen müssen), denn jeder AN wisse, dass NUR zum betrieblichen<br />
Gebrauch bestimmte Sachen nicht <strong>für</strong> private<br />
Zwecke genutzt werden dürfen.<br />
Liebe Kolleginnen und Kollegen, natürlich hatte der Betriebsrat bei der Abfassung dieser zwei Fälle auch Hintergedanken. Nächstes<br />
Jahr im März stehen die Betriebsratswahlen an, und der Wahlvorstand wird sich ab Ende des Jahres auf Kandidatensuche begeben.<br />
Vielleicht haben Sie durch diese Urteile Lust auf Betriebsratsarbeit bekommen, denn rechtliche Angelegenheiten machen einen<br />
großen Teil der BR-Arbeit aus und können, glauben Sie mir, sehr interessant sein.<br />
Für den Betriebsrat Werner Zeiß<br />
serie ist jedoch auf der Pinnwand vor der<br />
Tischlerei zu sehen.<br />
Mit der Freisprechung der jungen Gesellen<br />
endet das Ausbildungsverhältnis.<br />
Herr Woiwade verlässt das <strong>Institut</strong> zum<br />
31.8.2009. Für seine Zukunft wünschen<br />
wir ihm alles Gute!<br />
P. Böttcher
Science Tent 2009<br />
The organizers: Dr. W. Fischle, Dr. C. Höbartner, Dr. H. Shcherbata<br />
Seite 18<br />
Dr. A. Lange<br />
Dr. T. Burg Prof. E. Neher
Prof. H. Jäckle<br />
Seite 19<br />
Dr. H. Oster<br />
Prof. Tom A. Rapoport
Genetic screen <strong>for</strong> modifiers of muscular dystrophy in<br />
Drosophila melanogaster<br />
Muscular dystrophy (MD) is a general<br />
term that describes a group of inherited and<br />
gradually progressing myogenic disorders<br />
that are frequently associated with cardiomyopathy<br />
and brain disorders. Genetically<br />
the pattern of inheritance can be X-linked<br />
recessive as in Duchenne or Becker muscular<br />
dystrophy (DMD/BMD), autosomal<br />
dominant as in limb-girdle muscular dystrophy<br />
type 1 (LGMD type 1), or autosomal<br />
recessive as in limb-girdle muscular dystrophy<br />
type 2 (LGMD type 2) (Campbell,<br />
1995; Straub, Campbell, 1997). DMD is<br />
a severe progressive muscle-wasting<br />
disease affecting approximately 1 out of<br />
3500 males (Blake et al, 2002).<br />
One of the most important advances<br />
in understanding the molecular genetics<br />
of neuromuscular diseases has been<br />
the cloning of the gene encoding dystrophin,<br />
the protein absent in muscle of DMD<br />
patients. In the last few years the role of<br />
dystrophin in skeletal muscle has been<br />
studied, and several dystrophin-associated<br />
proteins that <strong>for</strong>m a Dystrophin-Glyco-<br />
protein Complex (DGC) have been identified.<br />
The DGC consists of dystrophin,<br />
the dystroglycans, the sarcoglycans,<br />
sarcospan, the syntrophins and dystrobrevin<br />
(Durbeej and Campbell, 2002). The<br />
DGC components are now being characterized<br />
and evidence is beginning to indicate<br />
that proteins of this complex may<br />
be responsible <strong>for</strong> other <strong>for</strong>ms of muscular<br />
dystrophy (Campbell, 1995).<br />
Un<strong>for</strong>tunately all known cases of MD<br />
belong to the category of incurable, there<strong>for</strong>e<br />
further studying of the DGC function is<br />
very important. A number of animal models<br />
have been established <strong>for</strong> DMD, but<br />
severe muscular dystrophy in the absence<br />
of dystrophin alone has only been observed<br />
in dogs (reviewed in Collins and Morgan,<br />
2003). Mice and C.elegans exhibit muscle<br />
degeneration in the absence of dystrophin<br />
when also lacking myoD (Gieseler<br />
et al., 2000; Megeney et al., 1996), a<br />
gene required <strong>for</strong> muscle regeneration.<br />
This fact makes it difficult to study the<br />
mechanisms of MD utilizing such models,<br />
Doktorandenseminar - <strong>Seminar</strong> <strong>for</strong> <strong>PhD</strong> <strong>students</strong><br />
Organizing team: W. Fischle, G. Groenhof, C. Höbartner, S. Jakobs, A. Lange<br />
Summary of the “<strong>Seminar</strong> <strong>for</strong> <strong>PhD</strong> Students“ by Mariya Kucherenko,<br />
<strong>Max</strong> <strong>Planck</strong> Research Group of Gene expression and signaling, 12.8.2009<br />
hence development of a new remarkably<br />
good model <strong>for</strong> genetic manipulations<br />
remains an open task.<br />
Drosophila melanogaster was used as<br />
a model <strong>for</strong> human diseases previously.<br />
Characterization of the fly DGC shows<br />
that the fruit fly retains all essential components<br />
of the DGC, but with substantially<br />
less diversity (Greener and Roberts, 2000).<br />
Furthermore, regions and domains known<br />
to mediate interactions between members<br />
of the complex are highly conserved between<br />
human and fly, suggesting that the<br />
overall structure of the complex is identical<br />
(Neuman et al, 2005). Recently, a<br />
model <strong>for</strong> muscular dystrophy caused by<br />
Dystrophin (Dys) and Dystroglycan (Dg)<br />
deficiency was established in Drosophila<br />
melanogaster and phenotypes similar with<br />
human neuromuscular diseases were<br />
described (Shcherbata et al, 2007). Mutations<br />
in Drosophila Dystrophin and Dystroglycan<br />
genes cause shortened lifespan and<br />
reduced mobility as a result of age dependent<br />
muscle degeneration. In addition, the<br />
(+) inretaction; (-) no interaction; (En) enhancement.<br />
Seite 20<br />
reduction of Dys and Dg leads to defects in<br />
eye development as manifested by altered<br />
photoreceptor axon path-finding.<br />
To review new components that interact<br />
with the DGC or regulate its function we<br />
used a Drosophila melanogaster model <strong>for</strong><br />
muscular dystrophy and per<strong>for</strong>med genetic<br />
interaction screens to identify dominant<br />
modifiers of Dg and Dys related mutant<br />
phenotypes. In the primary large scale<br />
screen we looked <strong>for</strong> modifications of<br />
an easily score-able phenotype such as<br />
alterations in the posterior crossvein.<br />
Using this screening strategy we have found<br />
38 modifiers that belong to different functional<br />
groups: genes involved in muscle<br />
function, neuronal/cell migration and<br />
motor function as well as cytoskeletal<br />
components and components of the TGFbeta,<br />
EGFR and Notch signaling pathways<br />
(Kucherenko et al, 2008).<br />
In order to shed light on the mechanisms<br />
of muscle degeneration caused by Dys and<br />
Dg down regulation a secondary screen<br />
in muscle tissue was per<strong>for</strong>med (Figure<br />
Table 1. Modifiers of muscle degeneration phenotype caused by reduced level of Dys and Dg.
Doktorandenseminar - <strong>Seminar</strong> <strong>for</strong> <strong>PhD</strong> <strong>students</strong><br />
Organizing team: W. Fischle, G. Groenhof, C. Höbartner, S. Jakobs, A. Lange<br />
1). In this genetic screen the Dys and Dg<br />
loss-of-function alleles (Dg 323 , Dg O86 and<br />
DysDf) were used to identify heterozygous<br />
interactions. To find suppressors and/<br />
or enhancers of muscle degeneration we<br />
used both Dg/Dys and RNAi mutants<br />
(Dys RNAi :act-Gal4 and Dg RNAi :tub-Gal4),<br />
which show a moderate degeneration<br />
phenotype (Figure 1, C). The pre-selected<br />
primary screen modifiers were crossed<br />
to Dys and Dg mutants and the muscle<br />
structure of F1 progeny was analyzed. The<br />
paraffin sections of Drosophila indirect<br />
flight muscles were stained with<br />
hematoxyline and eosine and analyzed<br />
utilizing light microscopy. As<br />
a result of the secondary screen, 11<br />
modifiers that enhanced the muscle<br />
degeneration phenotype were identified<br />
(Figure 1, Table 1). Further studies of identified<br />
components showed their requirement<br />
in either muscle or nervous tissue, where<br />
specific interaction with the DGC components<br />
may occur. The novel components<br />
that contribute to DGC dependent muscle<br />
maintenance are being analyzed.<br />
References:<br />
Blake, DJ., Weir, A., Newey, SE., Davies, KE. Function<br />
and genetics of dystrophin and dystrophin-related<br />
proteins in muscle. Physiol Rev<br />
82: 291–329<br />
Campbell, KP. Three muscular dystrophies: loss<br />
of cytoskeleton-extracellular matrix linkage.<br />
Cell. 1995 Mar 10;80(5):675–679<br />
Collins, CA., Morgan, JE. Duchenne‘s muscular<br />
dystrophy: animal models used to investigate<br />
pathogenesis and develop therapeutic strategies.<br />
Int J Exp Pathol 84: 165–172<br />
Durbeej, M. and Campbell, K.P. Muscular Dystrophies<br />
Involving the Dystrophin-Glycoprotein<br />
Complex: and overview of Current Mouse<br />
Models. Current Opinion in Genetics & Development<br />
12:3:349-361, 2002<br />
Fig. 1. Enhancement of muscle degeneration phenotype caused by reduced levels of Dys and Dg. (A)<br />
Location of transverse section of Drosophila indirect flight muscles (IFM). (B) The muscle section of<br />
a wild type fly. (C) The muscle section of Dystrophin RNAi mutant. (D) Enhancement of Dystrophin<br />
phenotype by reduction of one copy of mbl. (E) Enhancement of Dystroglycan phenotype by reduction<br />
of one copy of chif.<br />
Gieseler, K., Grisoni, K., Segalat, L. Genetic suppression<br />
of phenotypes arising from mutations<br />
in dystrophin-related genes in Caenorhabditis<br />
elegans. Curr Biol 10: 1092–1097<br />
Greener, MJ., Roberts, RG. Conservation of components<br />
of the dystrophin complex in Drosophila.<br />
FEBS letters 2000; 482(1-2):13-8<br />
Kucherenko, MM., Pantoja, M., Yatsenko, AS.,<br />
Shcherbata, HR., Fischer, KA., Maksymiv,<br />
DV., Chernyk, YI., Ruohola-Baker H. Genetic<br />
modifier screens reveal new components that<br />
interact with the Drosophila dystroglycan-dystrophin<br />
complex. PLoS One. 2008 Jun 11; 3(6):<br />
e2418<br />
Megeney, L., Rudnicki, MA. Determination<br />
versus differentiation and the MyoD family<br />
of transcription factors. Biochem. Cell Biol.<br />
1995;73:723–732<br />
Seite 21<br />
Neuman, S., Kovalio, M., Yaffe, D., Nudel, U.<br />
The Drosophila homologue of the dystrophin<br />
gene - introns containing promoters are major<br />
contributors to the large size of the gene.<br />
FEBS Lett 579: 5365–5371<br />
Shcherbata, HR., Yatsenko, AS., Patterson, L.,<br />
Sood, VD., Nudel, U., Yaffe, D., Baker, D.,<br />
Ruohola-Baker, H. Dissecting muscle and<br />
neuronal disorders in a Drosophila model<br />
of muscular dystrophy. EMBO J. 2007 Jan<br />
24;26(2):481-93<br />
Straub, V., and Campbell, K.P. 1997. Muscular<br />
dystrophies and the dystrophin-glycoprotein<br />
complex. Curr. Opin. Neurol. 10: 168-175
Thomas Güttler<br />
Cellular Logistics<br />
Nuclear transport proceeds through nuclear<br />
pore complexes (NPCs), which are<br />
embedded in the nuclear envelope. Most<br />
nuclear transport pathways are mediated<br />
by importin b-like nuclear transport receptors<br />
that include import mediators<br />
(importins) as well as exportins. CRM1/<br />
Exportin1 is the cell‘s most versatile exportin.<br />
It ferries numerous unrelated cargoes,<br />
which may carry a short leucine-rich<br />
Organizing team: W. Fischle, G. Groenhof, C. Höbartner, S. Jakobs, A. Lange<br />
Cargo recognition by the nuclear export receptor CRM1/Exportin1<br />
Thomas Güttler 1 , Thomas Monecke 2 , Piotr Neumann 2 , Tobias Madl 3,4 , Lorenzo Corsini 3,4 , Achim Dickmanns 2 , Michael Sattler 3,4 , Ralf Ficner 2 , and Dirk Görlich 1<br />
(1) <strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>biophysikalische</strong> Chemie, Abteilung Zelluläre Logistik, Am Fassberg 11, 37077 Göttingen, Germany<br />
(2) <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Mikrobiologie und Genetik, Abteilung <strong>für</strong> Molekulare Strukturbiologie, Georg-August-Universität Göttingen, Justus-von-Liebig-Weg 11, 37077 Göttingen, Germany<br />
(3) Center <strong>for</strong> Integrated Protein Science Munich, Department Chemie, Technische Universität München, Lichtenbergstrasse 4, 85747 Garching, Germany<br />
(4) <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Strukturbiologie, Helmholtz Zentrum München, Ingolstädter Landstrasse 1, 85764 Neuherberg, Germany<br />
nuclear export signal or export signatures<br />
that include folded domains. CRM1<br />
recruits its cargo at high RanGTP levels<br />
in the nucleus, traverses the NPC as ternary<br />
cargo·CRM1·RanGTP complex and<br />
releases its cargo upon GTP hydrolysis in<br />
the cytoplasm. Combining X-ray crystallography<br />
and NMR spectroscopy, we aim to<br />
discover how CRM1 can reconcile specificity<br />
with versatility in cargo recognition<br />
Seite 22<br />
<strong>Seminar</strong><br />
<strong>Seminar</strong> <strong>for</strong><br />
<strong>for</strong> <strong>PhD</strong><br />
<strong>PhD</strong> <strong>students</strong><br />
<strong>students</strong><br />
7.10.2009<br />
17:00 c.t.<br />
Large seminar room<br />
and how Ran governs cargo loading and<br />
unloading.<br />
The first part of the presentation will focus on<br />
the first crystal structure of a CRM1 export<br />
complex – the snurportin1·CRM1·RanGTP<br />
complex. Snurportin1 is a nuclear import<br />
adapter <strong>for</strong> cytoplasmically assembled,<br />
m 3G-capped spliceosomal U snRNPs. The<br />
structure shows how CRM1 can specifically<br />
return the cargo-free <strong>for</strong>m of snurportin1<br />
to the cytoplasm. The extensive contact area<br />
includes five hydrophobic residues at<br />
the snurportin1 N-terminus that dock into<br />
a hydrophobic cleft of CRM1, as well<br />
as numerous polar contacts of CRM1 to<br />
m 3G cap-binding domain and C-terminal<br />
residues of snurportin1. The structure suggests<br />
that RanGTP promotes cargo binding<br />
to CRM1 solely through long-range<br />
con<strong>for</strong>mational changes in the exportin.<br />
The second part of the talk will center on<br />
the question as to how CRM1 recognizes<br />
other export cargoes.<br />
References <strong>for</strong> further reading:<br />
Monecke, T.*, Güttler, T.*, Neumann, P., Dickmanns,<br />
A., Görlich, D., and Ficner, R. (2009)<br />
Crystal structure of the nuclear export receptor<br />
CRM1 in complex with Snurportin1 and<br />
RanGTP. Science 324, 1087-1091.<br />
(*) equal contribution
Jörg Mittelstät<br />
Physical Biochemistry<br />
Organizing team: W. Fischle, G. Groenhof, C. Höbartner, S. Jakobs, A. Lange<br />
Induced fit in biological recognition: GTPase activation of<br />
translation elongation factor Tu on the ribosome<br />
The ribosome synthesizes proteins from<br />
aminoacyl-tRNAs (aa-tRNAs) based on the<br />
sequence of codons of an mRNA template.<br />
During decoding, aa-tRNA is delivered to<br />
the ribosome in a very tight complex with<br />
elongation factor Tu (EF-Tu) and GTP. The<br />
release of aa-tRNA from EF-Tu requires<br />
GTP hydrolysis which, in turn, is allowed<br />
only when codon recognition has taken<br />
place. The mechanism of coupling is induced<br />
fit. After initial binding, the anticodon<br />
of the aa-tRNA in the complex with<br />
EF-Tu probes the mRNA codon presented<br />
in the decoding site of the ribosome<br />
(Fig. 1). When the anticodon matches the<br />
codon, rapid GTP hydrolysis is triggered,<br />
which is an important checkpoint <strong>for</strong> tRNA<br />
selection. If the codon-anticodon duplex<br />
contains mismatches, activation of GTP<br />
hydrolysis is very slow which allows the<br />
ribosome to reject the incorrect substrate.<br />
How codon recognition is signaled from<br />
the decoding center to the GTP binding<br />
pocket of EF-Tu, which is located more<br />
than 75 Å away, is not understood. Transient<br />
distortions of the aa-tRNA were suggested<br />
to have an active role in signaling<br />
and in this study we tested this hypothesis.<br />
Transient con<strong>for</strong>mational changes<br />
of tRNA during binding of the EF-Tu<br />
GTP·aminoacyl-tRNA complex can be followed<br />
in a stopped-flow apparatus monitoring<br />
the fluorescence intensity changes<br />
of a proflavin label attached to aa-tRNA.<br />
When a codon complementary to the<br />
aa-tRNA is found in the A site, the tRNA assumes<br />
a short-lived con<strong>for</strong>mation of higher<br />
fluorescence (Fig. 1A), which is due to the<br />
distortion of the tRNA molecule. The higher<br />
sensitivity of the fluorophore against<br />
quenching by potassium iodide (Fig. 1A)<br />
indicates that the tRNA molecule in the<br />
transient state has a somewhat more open<br />
con<strong>for</strong>mation. A similar distortion is observed<br />
also upon aa-tRNA binding at a<br />
near-cognate codon (Fig. 1B and C), however,<br />
only <strong>for</strong> a very small fraction of the<br />
tRNA molecules, which correlates with<br />
Seite 23<br />
<strong>Seminar</strong><br />
<strong>Seminar</strong> <strong>for</strong><br />
<strong>for</strong> <strong>PhD</strong><br />
<strong>PhD</strong> <strong>students</strong><br />
<strong>students</strong><br />
21.10.2009<br />
17:00 c.t.<br />
Large seminar room<br />
the level of misreading at the initial selection<br />
step, i.e. be<strong>for</strong>e GTP is hydrolyzed.<br />
Our data favors a model in which tRNA<br />
distortion is required <strong>for</strong> the GTPase activation<br />
in EF-Tu, and is involved in communicating<br />
the signal from the decoding site<br />
to the factor. Aa-tRNA enters the decoding<br />
site and samples the mRNA codon in<br />
a non-distorted con<strong>for</strong>mation; <strong>for</strong>mation<br />
of the cognate codon-anticodon complex<br />
induces con<strong>for</strong>mational changes of the<br />
ribosome, aa-tRNA and EF-Tu resulting<br />
in the activation of GTP hydrolysis by<br />
EF-Tu – an example of how induced fit can<br />
be used <strong>for</strong> substrate selection.<br />
References <strong>for</strong> further reading:<br />
Rodnina, M.V. (2009a) Long-range signalling in<br />
activation of the translational GTPase EF-Tu.<br />
EMBO J 28: 619-620.<br />
Rodnina, M. V. (2009b) Visualizing the protein<br />
synthesis machinery: New focus on the translational<br />
GTPase elongation factor Tu. Proc Natl<br />
Acad Sci USA 106: 969-70.<br />
Schuette, J.-C., Murphy, F. V., Kelley, A. C., Weir,<br />
J. R., Giesebrecht, J., Connell, S. R., Loerke, J.,<br />
Mielke, T., Zhang, W., Penczek, P. A., Ramakrishnan<br />
V., and Spahn, C. M. T. (2009) GTPase<br />
activation of elongation factor EF-Tu by the ribosome<br />
during decoding. EMBO J 28: 755-765.<br />
Villa, E., Sengupta, J., Trabuco, L. G., LeBarron,<br />
J., Baxter, W. T., Shaikh, T. R., Grassucci, R.<br />
A., Nissen, P., Ehrenberg, M., Schulten, K. and<br />
Frank, J. (2009) Ribosome-induced changes<br />
in elongation factor Tu con<strong>for</strong>mation control<br />
GTP hydrolysis. Proc Natl Acad Sci USA 106:<br />
1063-1068.<br />
Fig. 1: A. Sequence of steps during GTPase activation of EF-Tu on the ribosome (modified from Rodnina et al., 2009a). E, P and A denote the three<br />
tRNA binding sites of the ribosome. GTP* denotes the GTPase-activated con<strong>for</strong>mation of EF-Tu. Distortion of the tRNA molecule is indicated by a kink.<br />
B-D. Distortion of the aa-tRNA during A-site binding monitored by transient fluorescence quenching. B) Cognate codon. C) Near-cognate codon with<br />
a single mismatch in the codon-anticodon duplex. The topmost trace (dark blue) is the unquenched signal while the lower traces (blue to light blue) are<br />
obtained by increasing the concentration of potassium iodide (KI) in the reaction. D) Analysis of the differential amplitudes of the high-fluorescence intermediates<br />
according to the Stern-Volmer equation in the following <strong>for</strong>m: A 0 - A = A0(1-1/(1+K SV[KI])), where A 0-A is the amplitude of the fluorescence<br />
increase determined from differential curves (not shown), yields quenching constants (K SV) of 11 ± 3 M -1 <strong>for</strong> the cognate and 22 ± 6 M -1 <strong>for</strong> the nearcognate<br />
codon. Compared to a quenching constant of 5 ± 0.1 M -1 determined <strong>for</strong> the free tRNA, this indicates a distorted, more open con<strong>for</strong>mation of<br />
the tRNA in both cases. However, only a small fraction of the tRNA molecules undergoes the distortion at a near-cognate codon.
<strong>Seminar</strong> <strong>for</strong> <strong>PhD</strong> Students<br />
The Presentations in<br />
October are:<br />
07.10.2009<br />
Thomas Güttler,<br />
Cellular Logistics<br />
Cargo recognition by the nuclear<br />
export receptor CRM1/Exportin1<br />
21.10.2009<br />
Jörg Mittelstät,<br />
Physical Biochemistry<br />
Induced fit in biological recognition:<br />
GTPase activation of translation elongation<br />
factor Tu on the ribosome<br />
The seminar will take place every <strong>for</strong>tnight<br />
on Wednesdays at 17:00 c.t. in<br />
the large seminar room. Please make<br />
your suggestions (with title and short<br />
abstract) to:<br />
Antje Erdmann<br />
Tel: 2322, Fax: 2302<br />
email: imprs-pbcs.@gwdg.de<br />
Dr. Gerrit Groenhof<br />
Tel: 2321, Fax: 2302<br />
email: ggroenh@gwdg.de<br />
Impressum<br />
Redaktion<br />
pr@mpibpc.mpg.de<br />
C. Rotte Tel 1304<br />
Mitarbeit<br />
E.M. Hölscher Tel 1638<br />
Layout<br />
CP. Adam Tel 1474<br />
Fotos<br />
I. Böttcher Tel 1135<br />
P. Goldmann Tel 1423<br />
H. Wegener Tel 1095<br />
Internet<br />
H. Sebesse Tel 1580<br />
www.mpibpc.mpg.de/reports/MPINews<br />
Druck<br />
Klartext GmbH Göttingen<br />
<strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>biophysikalische</strong> Chemie<br />
Am Fassberg 11, 37077 Göttingen<br />
Tel +49 551 201-0<br />
Fax +49 551 201-1222<br />
http: //www.mpibpc.mpg.de<br />
Verdienstkreuz <strong>für</strong> Peter Gruss<br />
Bundespräsident Horst Köhler verleiht am 5. Oktober 2009 Prof. Peter Gruss,<br />
Präsident der <strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Gesellschaft, im Schloss Bellevue das Verdienstkreuz<br />
1. Klasse. „Dass die Gesellschaft nach internationalen Rankings zu<br />
den führenden Forschungseinrichtungen in der Welt zählt und sich mit<br />
<strong>Institut</strong>ionen wie Stan<strong>for</strong>d, Harvard und dem MIT messen kann, ist ihm mit<br />
zu verdanken”, heißt es in der Begründung. Als Mittler zwischen Wissen-<br />
schaft und Wirtschaft fördere Peter Gruss die Übertragung wissenschaftlicher<br />
Erkenntnisse in wirtschaftlich nutzbare Produkte, und setze sich<br />
<strong>für</strong> die Schaffung adäquater Rahmenbedingungen <strong>für</strong> Wissenschaft und<br />
Forschung ein.<br />
Seit 2002 ist der Molekularbiologe<br />
Peter Gruss Präsident<br />
der <strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Gesellschaft.<br />
Zuvor leitete Herr Gruss als<br />
Direktor am MPI <strong>für</strong> <strong>biophysikalische</strong><br />
Chemie die Abteilung<br />
<strong>für</strong> Molekulare Zellbiologie<br />
und leistete dort Pionierarbeit<br />
in der Er<strong>for</strong>schung der moleku-<br />
laren Mechanismen der Wirbel-<br />
tierentwicklung.<br />
Es gelang ihm unter anderem<br />
jene Gene zu charakterisieren,<br />
die zur Regelung des Blutzuckerspiegels<br />
er<strong>for</strong>derlich sind. Seine<br />
Forschungsleistungen wurden<br />
1994 mit dem Leibniz-Preis<br />
der Deutschen Forschungsgemeinschaft<br />
und 1995 mit dem<br />
Luis-Jeantet-Preis <strong>für</strong> Medizin<br />
gewürdigt.<br />
Für die anwendungsorientierte<br />
Umsetzung von Ergebnissen<br />
aus der Grundlagen<strong>for</strong>schung erhielt<br />
Peter Gruss gemeinsam mit<br />
seinem Kollegen Herbert Jäckle<br />
im Jahr 1999 den Deutschen Zukunftspreis<br />
des Bundespräsidenten.<br />
Seit seinem Amtsantritt als Präsident<br />
der <strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Gesellschaft 2002 treibt<br />
Herr Gruss die Aktivitäten der Gesellschaft<br />
im nationalen wie im internationalen Bereich<br />
wesentlich voran. So hat er beispielsweise<br />
im Inland die Zusammenarbeit mit<br />
den Universitäten weiter gestärkt, und es<br />
ist ihm gelungen, Mittel privater Mäzene<br />
<strong>für</strong> die Forschungsarbeiten zu gewinnen.<br />
Zugleich intensiviert Peter Gruss das<br />
Engagement der <strong>Max</strong>- <strong>Planck</strong>-Gesellschaft<br />
im Ausland, um auch das wissenschaftliche<br />
Potenzial internationaler Standorte <strong>für</strong><br />
die deutsche Forschung zu erschließen.<br />
Für seine Bemühungen, die Beziehungen<br />
zu China zu fördern, zeichnete ihn die<br />
Chinesische Regierung 2008 mit dem<br />
“National Award <strong>for</strong> International Cooperation<br />
in Science and Technology of China”<br />
aus, dem höchsten an Ausländer verlie-<br />
henen Wissenschaftspreis Chinas.<br />
(nach einer Pressemeldung der<br />
<strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Gesellschaft)<br />
Redaktionsschluss <strong>für</strong> die nächste Ausgabe - 12.10.2009 - deadline <strong>for</strong> the next edition<br />
Seite 24<br />
© <strong>Max</strong>-<strong>Planck</strong>-Gesellschaft