Forschungsprogramm
RUB » DFG-Sonderforschungsbereiche » SFB642: GTP- und ATP-abhängige Membranprozesse

Zusammenfassung

Im postgenomen Zeitalter ist es zu einem Paradigmenwechsel gekommen: Es wurde erkannt, dass die Kenntnis der genomischen Daten und der im Genom kodierten Proteine allein nicht ausreicht, um die biologischen Funktionen zu verstehen. Das Proteom, posttranslationale Änderungen der Proteine und ihre dynamische Regulation in komplexen Netzwerken spielen für das Verständnis des Phänotyps offensichtlich eine entscheidende Rolle. Um die Zusammenhänge zwischen genetisch programmierten und dynamisch regulierten Protein-Netzwerken zu verstehen, benötigt man aber ein darüber hinausgehendes detailliertes Wissen um die beteiligten Proteine, von ihren Interaktionen untereinander sowie ihren niedermolekularen Partnern auf atomarer Ebene. Zu den zukünftigen Herausforderungen wird es deshalb gehören, die beteiligten Komponenten zu identifizieren und ihre molekularen Reaktionsmechanismen und Interaktionen mit hoher Raum- und Zeitauflösung zu bestimmen. Dabei werden die verschiedenen Skalen von der atomaren Ebene bis zum zellbiologischen Kontext betrachtet: Die Dynamik der Atome bestimmt die Funktion der Proteine, die Struktur und Dynamik der Proteine die Funktion von Netzwerken, die Dynamik der Netzwerke die Funktion der Zelle.
Die im SFB 642 untersuchten GTP- und ATP-abhängigen Membranprozesse bieten eine ausgezeichnete Gelegenheit, die Lücke zwischen molekularer und systemischer Biologie zu schließen. Um die gemeinsamen molekularen Reaktionsmechanismen von GTP- und ATP-abhängigen Membranprozessen herauszuarbeiten, sollen die Raumstrukturen der beteiligten Proteine, die Ligandenbindung, die Reaktionskinetiken und die Protein-Protein-Interaktionen untersucht werden. Weiterhin soll geklärt werden, wo und wann Proteine direkt in die Membran eingelagert oder aber über Lipidanker an die Membran gebunden werden. Schließlich soll die Rolle der Proteine und ihrer Modifikationen im biologischen System, sowohl in Zellkulturen als auch im Tiermodell, untersucht werden. Dazu hat sich eine Gruppe von ausgewiesenen Experten unterschiedlicher Fachrichtungen zusammengefunden, die im SFB 642 State-of-the-Art-Methoden der Strukturbiologie, Biophysik, chemischen Biologie, Systembiologie und Zellbiologie etabliert haben.
Wichtige Fragen gilt es im Kontext des SFB 642 zu beantworten: Welche Strukturelemente und dynamischen Veränderungen eines Proteins sind verantwortlich für die Aktivierung unterschiedlicher Signalwege. Welche Multienzymkomplexe werden gebildet? Welche Rolle spielt die Einbettung eines Proteins im biologischen System und wie ist es reguliert? Wie kann die Funktion beeinflusst werden? Wie reagiert das Netzwerk auf Intervention mit kleinen Molekülen? Die Beantwortung dieser Fragen wird zu einem besseren Verständnis der molekularen Grundlagen GTP- und ATP-abhängiger Signalwege und Transportprozesse führen. Da Mutationen von hieran beteiligten Proteinen Krankheiten auslösen können, haben viele der im SFB 642 untersuchten Fragen auch eine hohe medizinische Relevanz. Ein wichtiges Ziel vieler Teilprojekte in der nächsten Förderperiode wird sein, von den bereits sehr detaillierten In-vitro-Untersuchungen in die nächst höhere Hierarchiestufe zu den Prozessen an der Membran zu gehen und die Ergebnisse mit den zell-/systembiologischen Analysen zu verknüpfen, sodass ein detailliertes Bild der Transduktionsnetzwerke entsteht. Dabei sollen zum einen die Netzwerke verschiedener Guaninnukleotid-bindender Proteine an der Membran rekonstituiert werden, zum anderen sind aber auch Experimente im Kontext der lebenden Zelle geplant.

Darstellung des Forschungsprogramms

Der SFB 642 will zu einem detaillierten Verständnis der molekularen Grundlagen GTP- und ATP-abhängiger Signalwege und Transportprozesse beitragen. GTP-abhängige Membranprozesse spielen eine essentielle Rolle bei der Transduktion von externen Signalen in die Zelle, sie sind somit auch zentral für die Steuerung vieler zellulärer Prozesse, wie z. B. der Zellteilung. ATP-abhängige Membranprozesse sind dagegen häufig die treibende Kraft für Transportvorgänge. Gesteuert werden GTP- und ATP-abhängige Membranprozesse durch die katalytische Hydrolyse der Nukleotide, wobei die molekularen und thermodynamischen Grundla-gen offenbar auf ähnlichen Prinzipien beruhen. Da Mutationen der beteiligten Proteine ernsthafte Erkran-kungen auslösen können, haben viele der im SFB 642 untersuchten Fragen auch eine hohe medizinische Relevanz. Daher ist es nicht nur in der Grundlagenforschung von Interesse diese Prozesse sehr detailliert zu verstehen. Ein detailliertes Verständnis wird dazu beitragen, kleine Moleküle für Therapien entwickeln zu können und die Diagnostik der Erkrankungen zu verbessern. Dies soll eine gezieltere Therapie im Rahmen der personalisierten Medizin ermöglichen.
Im SFB ergänzen sich die Expertisen auf dem Gebiet der GTP- und ATP-abhängigen Membranprozesse hervorragend. Dies wird belegt durch die hohe Zahl von insgesamt 57 gemeinsamen Publikationen allein in der vorangegangenen Förderperiode, an denen mindestens zwei Teilprojekte beteiligt waren. Dies bedeutet gegenüber dem Zeitraum 2004-2008 mit 41 gemeinsamen Publikationen noch einmal eine deutliche Steige-rung. Wir sind optimistisch, diese Zahl in der nächsten Förderperiode noch einmal steigern zu können, da sich ein sehr gut kooperierendes, sehr erfolgreiches Konsortium im SFB 642 etabliert hat.
Wie untersuchen wir die GTP- und ATP-abhängigen Prozesse im SFB 642 im Detail und was ist unser spe-zifischer Ansatz? Wir denken, dass es wichtig ist, die Proteinreaktionen räumlich und zeitlich auf verschie-denen Skalen aufzulösen: Die Dynamik der Atome bestimmt die Funktion der Proteine, die Struktur und Dynamik der Proteine die Funktion von Netzwerken und die Dynamik der Netzwerke die Funktion der Zelle. Bisher wurde ein großer Teil der Experimente in vitro durchgeführt. Ein wichtiges Ziel in der nächsten För-derperiode ist es, die Experimente näher an die In-vivo-Bedingungen heranzuführen und stärker anwen-dungsorientiert auszurichten. Daher werden viele Untersuchungen an kleinen GTPasen in der dritten För-derperiode im Kontext der Membran, in der Zelle und im Tiermodell durchgeführt. Im Bereich der ATPasen wollen wir die Expertise des SFB 642 nutzen, um auch diese Prozesse mit höchstmöglicher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu verstehen. Es werden die Raumstrukturen der beteiligten Proteine, die Ligandenbin-dung, die Reaktionskinetiken und die Protein-Protein-Interaktionen untersucht. Es wird bestimmt, wo und wann Proteine direkt in die Membran eingelagert oder aber über Lipidanker an die Membran gebunden wer-den. Schließlich wird die Rolle der Proteine und ihrer Modifikationen im biologischen System, sowohl in Zellkulturen als auch im Tiermodell, untersucht. Die bisherigen Untersuchungen haben zu einem besseren Verständnis der molekularen Grundlagen GTP- und ATP-abhängiger Signalwege und Transportprozesse geführt. Die Orchestrierung der im SFB 642 verfügbaren Expertisen ergibt die einmalige Gelegenheit, von einem detaillierten Verständnis der molekularen Reaktionsmechanismen und Interaktionen der Proteine aus-gehend, schließlich die Integration dieser Prozesse in die Gesamtaktivität der lebenden Zelle zu verstehen. Die Expertisen und methodischen Ansätze der Wissenschaftler umspannen u. a. die Strukturbiologie, die Biophysik, die chemische Biologie, die Zellbiologie und die Systembiologie. Neben den strukturauflösenden Methoden, Röntgenstrukturanalyse und NMR-Spektroskopie stehen insbesondere zeitauflösende Methoden zur Verfügung. Die Bestimmung der drei-dimensionalen Raumstruktur ist immer ein wesentlicher Meilenstein. Unser erklärtes Ziel ist es jedoch, das präzise aufeinander abgestimmte, dynamische Wechselspiel der Proteine untereinander zu verstehen. Dazu werden u. a. zeitaufgelöste Fluoreszenz- und FTIR-Spektroskopie eingesetzt und mit biomolekularen Simulationen der Prozesse kombiniert. Eine weitere Schlüsselrolle in der Analyse spielt die chemische Biologie, die Sonden zur Verfügung stellt oder Moleküle zur Modifikation der Signalwege. Ein solch breiter Ansatz, wie wir ihn im SFB 642 verfolgen, ist für die adäquate Bearbeitung einer derart komplexen biologischen Fragestellung unerlässlich, er kann daher nicht in einer Arbeitsgruppe allein verfolgt werden. Insbesondere die Breite der methodischen Ansätze und die gebündelte Expertise auf dem Gebiet der Proteinforschung bieten den Teilprojektleitern hervorragende Forschungsbedingungen.
Durch den SFB 642 werden exzellente Arbeitsgruppen vielfältig untereinander vernetzt und die einzelnen Forschungsansätze synergistisch gebündelt. Die im SFB 642 zusammengeführte Konstellation von auf dem Gebiet der GTP- und ATP-abhängigen Membranprozesse hochrenommierten Wissenschaftlern ist im natio-nalen Vergleich einzigartig und international weithin sichtbar.
Die Teilprojekte teilen sich wie folgt auf die GTP- und die ATP-abhängigen Prozesse auf, wobei die Numme-rierung der Teilprojekte historisch gewachsen ist, da wir keine Unterteilung in Bereiche haben:

1. In TP A1 bis TP A6, TP A16, TP A17, TP A20, TP A21 und TP A24 stehen kleine G-Proteine der Ras-Superfamilie im Vordergrund, TP A11 behandelt G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), die die he-terotrimeren G-Proteine aktivieren, TP A23 beschäftigt sich mit der Analyse von SRP-GTPasen.

2. TP A13, TP A19, TP A22 und TP A25 behandeln ATP-abhängige Prozesse.

3. In TP Z werden die proteomischen Untersuchungen in Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten durchgeführt.

Kurzdarstellung der Teilprojekte

A1 - Klaus Gerwert und Carsten Kötting
Molekulare Mechanismen von kleinen und heterotrimeren G-Proteinen

Durch Kombination von zeitaufgelöster FTIR-Spektroskopie mit biomolekularen Simulationen (QM/MM) werden Reaktionsmechanismen von kleinen und heterotrimeren G-Proteinen, mit atomarer Auflösung bestimmt. Die Interaktionen mit GEFs, GAPs und Effektoren, deren Intervention durch kleine Moleküle, der Einfluss von funktionellen Wassermolekülen und die Orientierung der Proteine werden mit ATR-FTIR in der natürlichen Umgebung der Lipidmembran analysiert. Für die Untersuchung von Membranassoziation und -dissoziation sollen auch natürliche Membranen verwendet werden. Dabei werden Ras, Rab und Gs mit ihren Interaktionspartnern im Detail untersucht. Durch Fluoreszenzlebenszeitmessungen soll die Übertragbarkeit der Ergebnisse von in vitro ATR-FTIR Messungen auf in vivo Bedingungen in der Zelle überprüft werden.

A2 - Herbert Waldmann und Alfred Wittinghofer
Synthese, biophysikalische und biologische Evaluierung lipidmodifizierter Ras- und Rab-Peptide und Proteine. Identifizierung von Inhibitoren der Ras-PDEd Wechselwirkung

Im Rahmen dieses Forschungsantrags sollen kleine Moleküle identifiziert werden, die Interaktionen zwischen prenyl-bindenden Proteinen wie PDEd und farnesylierten Proteinen (Ras, Rheb) inhibieren. Zunächst soll ein biochemischer Assay etabliert werden, mit dem dann eine Bibliothek, die aus ca. 200.000 Substanzen besteht, getestet werden soll. Identifizierte Hits sollen als Ausgangspunkt für die Synthese von Substanzen dienen, die stärker und selektiver inhibieren. Die Wirkungsweise der Inhibitoren soll dann mit Hilfe von Kristallstrukturanalysen, durch biochemische, biophysikalische und zelluläre Studien aufgeklärt werden.

A3 - Roland Winter und Katrin Weise
Biophysical Characterization of Membrane-Associated Ras Signaling Processes

In Fortführung der bisherigen Arbeiten soll die Komplexität der Membran-assoziierten Plattform als Basis zur Untersuchung der Ras-vermittelten Signaltransduktionsprozesse erhöht werden. Dies soll durch Verwendung größerer Membran-assoziierter Ras-Effektor/Regulator-Komplexe und zellulärer Plasmamembrankonstrukte erreicht werden, deren räumlich-zeitliche Organisation und Funktion untersucht werden sollen. Zudem sind sowohl die Phosphorylierung des K Ras als auch Ca2+-vermittelte Regulatoren Gegenstand der Studien zur Beeinflussung der Ras-Membranwechselwirkung. Mit Rheb soll ein weiterer Signaltransduktionskomplex der Ras-Familie analysiert werden.

A4 - Roger Goody und Yaowen Wu
Studies on the spatial and temporal distribution of Rab proteins in the cell

Für einen mikroskopischen Nachweis der Lokalisierung sowie des Aktivierungszustandes von Rab-Proteinen in der Zelle sollen modifizierte Rab-Proteinen konstruiert werden. Der Einsatz solcher Sonden soll zu einem Verständnis der räumlichen Dynamik der Rab-Proteine in der Zelle beitragen. Hier geht es in erster Linie um Targeting-Mechanismen sowie um deren zeitliche Korrelation mit der Aktivierung der GTPasen. Ektopische Lokalisierung von Rab-GEFs soll helfen, die Rolle von GEFs bei der Lokalisierung zu verstehen. Um Modelle der Rab-Aktivierung und -Lokalisation zu testen, ist die Erzeugung von kovalenten Addukten zwischen Rab-GTPasen und GDP bzw. GTP geplant.

A5 - Christian Herrmann
Modulation der Ras-vermittelten Signaltransduktion durch Bildung ternärer Proteinkomplexe

Das neuartige Ras-Protein Nore1A verfügt über mehrere Domänen, die ihm Wechselwirkungen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Proteine wie Tubulin und Mst1 Kinase erlauben und damit einen Einfluss auf Apoptose und Bildung von Mikrotubuli ermöglichen. Fehlfunktionen dieser Proteine führen zur Entstehung von Krebs. Molekulare Komplexstrukturen der genannten Proteine und ihre Interaktionsmechanismen werden aufgeklärt, um die Wirkungsweise der Regulationsvorgänge zu verstehen. Auf Basis der erhaltenen biomolekularen Modelle werden funktionelle Studien an den genannten Proteinen in lebenden Zellen mit Hilfe fluoreszenzmikroskopischer und optogenetischer Methoden durchgeführt.

A6 - Rolf Heumann und Raphael Stoll
Rheb enhances apoptosis - from in cell NMR spectroscopic structural and functional studies to in vivo effects of the adult mouse brain

Ein von uns gefundenes stressabhängiges Umschalten des Rheb Signalweges von Wachstums-stimulation auf Apoptose soll detailliert charakterisiert werden. Dabei wird untersucht, ob die Bildung eines Komplexes aus Rheb und der redoxsensitiven Proteinkinase ASK-1 die Apoptose verursacht. Zur Analyse in einem physiologischerem Umfeld sollen In-Zell-NMR-Studien an Rheb in Xenopus Oozyten und anderen eukaryontischen Zellen durchgeführt werden. Dabei soll einerseits untersucht werden, ob Rheb während der Apoptose posttranslational modifiziert wird, anderseits soll dessen nukleotidabhängige Interaktion mit Bnip3 und p75 ICD auf molekularer Ebene charakterisiert werden. Eine mögliche therapeutische Relevanz wird sodann an Krankheitsmodellen von Mäusen geprüft.

A7 (E) - Ingrid Vetter
Strukturelle Untersuchungen an der Kernpore im Kontext des durch das kleine GTP bindende Protein Ran regulierten Membrantransportes

Die Strukturen von Ran im Komplex mit Exportrezeptoren des Kerntransportes bzw. Teilen der Kernpore sollen aufgeklärt werden unter Zuhilfenahme des selbst entwickelten Hochdurchsatz-Proteinfaltungs-Assays. In Zusammenarbeit mit TP A6 (Stoll) ist geplant, die Interaktion von Ran mit Nukleoporindomänen strukturell näher zu betrachten, die Basis ist hierbei die schon bestimmte Röntgenstruktur eines Ran-Zink-Finger-Komplexes zusammen mit seiner bio-chemischen Charakterisierung. Der Hydrolysemechanismus von Ran bzw. aus-gewählter Ran-Mutanten soll mit Hilfe des Teilprojektes A1 (Gerwert) sowohl strukturell als auch mit FTIR-Methoden ausgehend von unseren schon gelösten Strukturen von Ran-Ran-Bindedomänen-Komplexen untersucht werden.

A11 - Hanns Hatt
Geruchsrezeptor-assoziierte Proteinkomplexe als regulatorisches Element chemosensorischer Signelverarbeitung

Schwerpunkt der Untersuchungen ist die Signaltransduktion von olfaktorischen Rezeptoren in Riechzellen sowie in nicht-neuronalen Zellen. Durch Live Cell Imaging, elektrophysiologische, pharmakologische und biochemische Methoden wollen wir neue Interaktionspartner von olfaktorischen Rezeptoren und andere interessante Proteine der Signalübertragung identifizieren und ihre physiologische Bedeutung studieren. Basierend auf früheren Studien wollen wir zudem untersuchen, ob ein olfaktorischer Rezeptor unterschiedliche Signalwege aktivieren kann in Riechzellen, aber auch in nicht-neuronalen Zellen (Melanozyten, Kardiomyozyten).

A13 - Ralf Erdmann
Untersuchung der ATP- und GTP-abhängigen Schritte bei der Biogenese von Peroxisomen

TP A13 beschäftigt sich mit der Dynamik, Struktur und Funktion des peroxisomalen AAA-Komplexes bei der ATP-abhängigen Dislokation der peroxisomalen Import-Rezeptoren im Verlauf des peroxisomalen Proteinimports. Dabei soll die Anbindung der ATPasen Pex1p/Pex6p des Komplexes an die peroxisomale Membran und deren Assoziation mit der peroxisomale Proteinimport-Maschinerie untersucht werden. Die Struktur des AAA-Komplexes soll mittels Kryo-Elektronenmikroskopie und Röntgenstrukturanalyse gelöst werden. Die für den Export der Importrezeptoren essentielle Ubiquitinylierungskaskade soll aufgeklärt und die physiologische Relevanz einer atypischen Ubiquitinylierung an spezifischen Cysteinresten der Rezeptormoleküle untersucht werden.

A15 (E) - Helmut E. Meyer
Studien membrangebundener Proteinkomplexe und GPCR-vermittelter zellulärer Prozesse durch funktionelle Proteomik

Im Mittelpunkt des Projektes A15 stehen sowohl die proteomische Charakterisierung membrangebundener Proteinkomplexe als auch die Entschlüsselung intrazellulärer Signalnetzwerke. Die Studie der Interaktionen peroxisomaler Proteine (Pex25p, Pex1p, Pex6p, Pex15p, Pex3p) dient dem besseren Verständnis der Proteinimportmaschinerie und der Biogenese von Peroxisomen. Quantitative Proteomstudien des olfaktorischen Epithels und der sensorischen Zilien olfaktorischer Rezeptorneuronen von Mäusen liefern uns neue Erkenntnisse über die der Duftwahrnehmung zugrunde liegenden molekularen Mechanismen inklusive olfaktorischer Dysfunktionen. Ein weiterer Fokus ist die Charakterisierung der Signalkaskade des prostataspezifischen G-Protein gekoppelten Rezeptors PSGR nach Duftstimulation in einer humanen Krebszelllinie mittels quantitativer Phosphoproteomik.

A16 - Philippe Bastiaens
Räumliche Organisation von Ras Signalübertragung

Mit Hilfe von „Cellular Automata“ werden wir in realistischen Zellgeometrien numerisch Reaktions-Diffusionsgleichungen lösen, die molekulare Mechanismen beschreiben, die für die Ras-Lokalisierung entscheidend sind. Insbesondere sollen die dynamischen Modelle für Ras-Lokalisierung auf K-Ras erweitert werden, dessen Lokalisierung von elektrostatischer Wechselwirkung mit der negativ geladenen inneren Plasmamembran beeinflusst wird. Hierauf aufbauend werden wir untersuchen wie Aktivitätsmuster auf zellulärer Ebene aus lokalen molekularen Interaktionsnetzwerken erwachsen.

A17 - Kai Sven Erdmann
Structural and functional analysis of the Lowe syndrome protein and Rab effector OCRL1

Es soll die Frage geklärt werden, inwieweit das OCRL1/Rab8-Modul an der Bildung von Zilien beteiligt ist. Des Weiteren soll untersucht werden, welche Rolle das OCRL1/Rab8-Modul bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von Zellpolarisation in Epithelzellen spielt. Beide Prozesse können für das molekulare Verständnis von Lowe Syndrom von großer Bedeutung sein. Des Weiteren soll die Interaktion der OCRL1-verwandten Inositol-5-Phosphatase INPP5B mit Rab-Proteinen biophysikalisch charakterisiert sowie grundlegende Strategien für mögliche Lowe Syndrom Therapieansätze experimentell überprüft werden.

A19 - Franz Narberhaus
Substraterkennung und -abbau durch die ATP-abhängige, membrangebundene FtsH-Protease in Escherichia coli

Das erste Ziel besteht darin, die essentielle Funktion der FtsH-Protease in der Lipopolysaccharid (LPS)-Biosynthese aufzuklären. Das Protein-Netzwerk zur Kontrolle der LPS-Produktion soll durch Bestimmung des dynamischen Interaktoms des LPS-Biosyntheseenzyms LpxC und FtsH charakterisiert werden. Durch biochemische Methoden und durch Zuhilfenahme der E. coli Keio-Nullmutanten-Kollektion kann dann die genaue Funktion einzelner Interaktionspartner bestimmt werden. Im zweiten Teilprojekt werden die molekularen Mechanismen der Degradation neuer FtsH-Substrate durch verschiedene in vivo- und in vitro-Studien untersucht.

A20 - Alfred Wittinghofer
Die Rolle von Arl6 und des BBSoms beim Cilientransport

In der Förderperiode soll die Funktion von Arl6 im ziliären Transport untersucht werden. Arl6 ist als BBS3 zusammen mit 14 anderen mutierten Genen für die ziliäre Krankheit Bardet-Biedl Syndrom verantwortlich. 7 BBS kodierte Proteine bilden einen BBSom genannten Komplex, welcher als Effektor von Arl6 für den Transport von cargo verantwortlich ist. Das BBSom soll rekombinant in Insektenzellen hergestellt, seine Interaktion mit BBS3 und cargo in vitro und in vivo untersucht und die Struktur dieses Komplexes aufgeklärt werden. Um die Regulation dieser Interaktion im ziliären Transport zu verstehen, sollen die nicht bekannten Arl6-GEF und Arl6-GAP identifiziert werden.

A21 (N) - Ingrid Vetter
Mechanismus der Deacylierung von Ras durch Acylprotein-Thioesterasen an der Membran und Implikationen für die Ras-Signaltransduktion

Es soll die Regulation der Membranassoziation von (palmitoyliertem) Ras durch Acylprotein-Thioesterasen (APTs), speziell die Substratbindung, Spezifizität und Aktivierbarkeit der beiden humanen Isoenzyme APT1 und APT2, die selbst auch palmitoyliert sein können, untersucht werden. Die Interaktion mit verschiedenen Substraten soll funktionell und strukturell charakterisiert werden und als Grundlage für rationales Design von spezifischen Inhibitoren dienen. Des Weiteren soll der Mechanismus der Membranextraktion von Ras durch APTs sowie der Einfluss des FKBP-Proteins untersucht werden, um eine fundierte Interpretation der in vivo-Funktionsdaten der APTs in der Zelle ermöglichen.

A22 (N) - Eckhard Hofmann
Transportmechanismus des bakteriellen ABC-transporters MsbA

Der Mechanismus der ATP-Hydrolyse in ABC-Transportern soll mit der Kombination von ATR-FTIR-Spektroskopie und Röntgenstrukturanalyse detailliert analysiert werden, um einen ABC-Transporter möglichst in seinem nativen Membrankontext zu charakterisieren. Dabei wird die Kopplung zwischen Hydrolyse in der NBD und dem Transportvorgang im Transmembranbereich im Zentrum stehen. Zur Optimierung der Kristallisation von MsbA werden von Mutanten, die noch Nukleotid binden können, aber nicht mehr hydrolysekompetent sind, wesentliche Fortschritte erwartet.

A23 (N) - Danja Schünemann
GTP-abhängige Prozesse beim SRP-vermittelten Proteintransport in Chloroplasten

Es sollen die chloroplastidären SRP-GTPasen, cpSRP54 und der SRP-Rezeptor cpFtsY, untersucht werden. Ziel ist es, die molekularen Mechanismen zur Regulation der cpSRP-abhängigen Insertion der Lichtsammelkomplexproteine in die Thylakoidmembran der Chloroplasten im Detail zu verstehen. Dazu soll die Bindungsaffinität und -kinetik verschiedener Protein-Protein-Interaktionen des cpSRP-Wegs bestimmt und der Einfluss verschiedener biologischer Faktoren auf die Regulation der GTPase-Aktivität der cpSRP-GTPasen untersucht werden. Zusätzlich soll geklärt werden, welche molekularen Mechanismen des chloroplastidären SRP-Systems den evolutiven Verlust der in allen cytosolischen SRP-Systemen konservierten SRP-RNA kompensieren.

A24 (N) - Andreas Faissner
Molekulare Mechanismen der Regulation der Reifung und der Synapsenbildung zentralnervöser Neurone und der Myelinisierung ihrer Axone durch GTPasen und den Nukleotidaustauschfaktor Vav3

Durch die Kombination entwicklungsbiologischer, zellbiologischer, molekularbiologischer, biochemischer und physiologischer Methoden soll die Rolle des regulierenden GEF Vav3 und kleiner GTPasen der RhoA-Familie für die Synapsenbildung und synaptische Aktivität aufgeklärt werden. Ferner soll die Bedeutung dieser Moleküle für die Regulation der Migration von Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, die Myelinbildung und die Myelinisierung von Axonen mit einem breit gefächerten Methodenspektrum analysiert werden. Die Aktivierung kleiner GTPasen der RhoA-Familie durch Vav3 sollen biophysikalisch charakterisiert und strukturbiologisch untersucht werden.

A25 (N) - Harald Platta
Regulation der Phosphatidylinositol 3-Kinase vermittelten Signaltransduktion

Der Klasse III Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K-III) Komplex kontrolliert über sein enzymatisches Produkt, dem Signal-Lipid Phosphatidylinositol 3-phosphat (PtdIns3P), verschiedene intrazelluläre Transportprozesse. Die cis-agierenden Faktoren der PtdIns3P-abhängigen Signalkaskade sollen im Kontext der Assemblierung und Regulation des PI3K-III-Komplexes der selektiven Autophagozytose von Organellen analysiert werden. Zudem sollen auch PtdIns3P-bindende Effektoren der GTPase Cdc42 untersucht werden. Diese trans-agierenden Faktoren sollen hinsichtlich ihrer Funktion in verschiedenen PtdIns3P-abhängigen intrazellulären Transportprozessen charakterisiert werden.

MGK - Christian Herrmann
Integriertes Graduiertenkolleg

Das Graduiertenkolleg wurde in der vergangenen Förderperiode neu eingerichtet und erfolgreich in den SFB integriert. Es wurde ein fachspezifisches Studienprogramm entwickelt, das Ringvorlesungen, Experimentalkurse, wissenschaftliche Seminare und alle zwei Jahre eine Summer School umfasst. Durch das Graduiertenkolleg konnte die Vernetzung der Promovierenden untereinander stark verbessert werden, ebenso wie die Knüpfung individueller Kontakte zu Wissenschaftlern auf internationaler Ebene. Das Graduiertenkolleg ist mit den Aktivitäten und Angeboten der RUB Research School eng verzahnt, wird dadurch insbesondere in der Ausbildung der Kollegiaten in Soft Skills unterstützt und wird diese Einrichtung nutzen, um eine Graduiertenausbildung mit hoher Qualität im Bereich interdisziplinärer Proteinforschung an der RUB zu verstetigen.

Z (N) - Katja Kuhlmann, Helmut E. Meyer & Dirk Wolters
Quantitative Massenspektrometrie-basierte Proteomics zur Analyse von Membranproteinen und Membranprotein-Komplexen

Eine detaillierte Charakterisierung von Membranproteinkomplexen soll für verschiedene peroxisomale Proteine sowie für die AAA-Protease FtsH und ihr Substrat LpxC erfolgen. Mittels quantitativer Proteomics und Phosphoproteomics soll der Einfluss des GEF Vav3 auf die Differenzierung von Oligodendrocyten in einem Zellkultursystem untersucht werden, und es sollen neue Phosphorylierungsstellen peroxisomaler Proteine sowie der Proteine OCRL1 und SDCCAG3 nachgewiesen werden. Zudem soll der Einfluss von RabGGTase-Inhibitoren auf Expression und Prenylierung von RabGTPasen analysiert werden.