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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

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