Methodische Ansätze
Eine wichtige Rolle spielt im SFB 642 nicht nur die Anwendung etablierter Methoden, sondern auch die Entwicklung und der Einsatz neuer methodischer Ansätze. Fortschritte in der Methodenentwicklung werden in der Membranprotein-Forschung dringend benötigt. So sind z. B. Membranproteine mit den konventionellen massenspektrometrischen Ansätzen schwer nachzuweisen, daher ist die Entwicklung und der Einsatz neuer massenspektrometrischer Ansätze ein wichtiges Thema des SFB (4).
Auch die Aufklärung der Raumstruktur erweist sich bei Membranproteinen als extrem schwierig. Wie die geringe Zahl der bisher gelösten 3-D-Strukturen von Membranproteinen - zurzeit ca. 80 gegenüber weit mehr als 20.00 Raumstrukturen löslicher Proteine - offenbart, dass NMR-Spektroskopie und Röntgenstrukturanalyse an Membranproteinen trotz des hohen finanziellen und personalen Aufwands bisher selten erfolgreich gewesen sind (5). Hier liegen die Probleme vor allem bei der Gewinnung hinreichend großer Mengen hochreinen Proteins und bei deren Kristallisation. Von den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren konnte bisher nur von einem einzigen Protein - Rhodopsin - eine Raumstruktur bestimmt werden (6). Daher ist die Entwicklung alternativer methodischer Ansätze zur Bestimmung von Raumstrukturen und molekularen Mechanismen von GPCR dringend erforderlich.
Posttranslationale Modifikationen von Proteinen mit Farnesyl- und Geranylgeranyl-Isoprenoiden sind für deren biologische Funktion essentiell. Es fehlen aber Methoden, um in vivo die enzymatische Aktivität der Prenyltransferase und die Membranbindung orts- und zeitaufgelöst zu verfolgen.
Ausstattung
Im Rahmen der Ausstattung des Proteincenters wurden 2003 drei über HBFG-Verfahren finanzierte Massenspektrometer (Q-ToF, ESI) und ein Röntgendiffraktometer angeschafft. Diese Geräte ermöglichen die modernste Protein- und Proteom-Analytik und ergänzen die hervorragende Ausstattung der beteiligten Arbeitsgruppen. Weiterhin stehen zahlreiche Spektroskopietechniken zur Verfügung, hier seien besonders die Zwei-Photonen-Fluoreszenzspektroskopie und die abbildende Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie genannt. Der Lehrstuhl für Zellphysiologie (Hatt) besitzt ein konfokales Multiphotonen-Laser-Scanning-Mikroskop (LSM), angeschafft im Jahr 2002 über eine HBFG-Förderung. Außerdem beherrscht man die FRET- und die neue BRET-Technik (Biolumineszenz-Resonanz-Energietransfer), die für zerstörungsfreie zellbasierte Proteomics-Experimente ideal ist. Der Lehrstuhl für Zellmorphologie und molekulare Neurobiologie (Faissner) hat 2003 ein LSM über einen HBFG-Antrag finanziert.
Auch die NMR-Spektroskopie ist mit dem Juniorprofessor Dr. Raphael Stoll, der durch das Emmy-Noether-Programm gefördert ist, vertreten.
Um molekulare Reaktionsmechanismen zu bestimmen, steht am Lehrstuhl für Biophysik die zeitaufgelöste FTIR-Differenzspektroskopie mit vielen methodischen Facetten zur Verfügung. Mit der FTIR-Differenzspektroskopie können die Mechanismen an nichtkristallinen Proteinproben bei Raumtemperatur zeitaufgelöst auf atomarer Ebene untersucht werden. Komplementär zur Röntgenstruktur können Informationen über H-Brücken, Protonierungszustände, Ladungsverteilung und besonders die Reaktionen einzelner Gruppen eines Proteins mit hoher Zeitauflösung analysiert werden. Über Caged-ATP und Caged-GTP können die Reaktionen mit einem Lichtblitz schnell und definiert gestartet werden; damit können durch Differenzbildung dann die Banden einzelner Gruppen selektiert und ihr Zeitverhalten bestimmt werden.
Weiterhin wird am Lehrstuhl für Biophysik vom Juniorprofessor Dr. Eckhard Hofmann die Projektgruppe "Röntgenstrukturanalyse an Proteinen", unterstützt durch das Proteincenter, aufgebaut.