Neue MBExC-Gruppen

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Neue Professur


Strukturelle Zellbiologie


Prof. Dr. Ruben Fernandez Busnadiego
Institut für Neuropathologie
Universitätsmedizin Göttingen
ed.negnitteog-inu.dem@ogeidansubzednanref.nebur


Prof. Dr. Ruben Fernandez Busnadiego

Unsere Forschung beschäftigt sich mit modernster Elektronenmikroskopie, um damit die komplizierten Details zellulärer Architektur sichtbar zu machen. Dabei kombinieren wir Kryo-FIB-Fräsen mit Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET), um durch Vitrifikation konservierte Zellen in molekularer Auflösung abzubilden.

Einer unserer Schwerpunkte ist die Untersuchung von Membrankontaktstellen (MCS), Strukturen, an denen zwei zelluläre Membranen eng aneinander liegen, um Ca2+, Lipide und Metaboliten auszutauschen. Wir kombinieren Kryo-ET mit Molekularbiologie und funktionellen Assays, um die strukturellen und funktionellen Rollen verschiedener MCS-ansässiger Proteine in situ, d.h. in ihrer unveränderten zellulären Umgebung, aufzuklären.

Ein weiterer Forschungsbereich ist die molekulare Architektur von Neuronen, sowohl im gesunden Zustand als auch im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen. Unsere Arbeit konnte zum Beispiel die komplizierte Struktur der präsynaptischen Zytomatrix darstellen, ein dichtes Netzwerk von Filamenten, die synaptische Vesikel miteinander und mit der aktiven Zone verbinden und wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Regulation der Neurotransmitterfreisetzung spielen. Wir haben auch toxische Proteinaggregate untersucht, die z.B. mit der Huntington-Krankheit oder der amyotrophen Lateralsklerose in Zusammenhang stehen. Dabei wurde die große Vielfalt solcher Aggregate, sowohl strukturell als auch in Bezug auf die zellulären Interaktionen, sichtbar. Derartige Studien ermöglichen neue Erkenntnisse sowohl über molekulare Mechanismen neuronaler Funktionen als auch über deren Fehlfunktionen.

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Neue Arbeitsgruppe


Strukturbiologie der Protein-Qualitätskontrolle


Dr. Eri Sakata
Institut für Auditorische Neurowissenschaften & InnerEarLab
Universitätsmedizin Göttingen
ed.negnitteog-inu.dem@atakas.ire


Dr. Eri Sakata

Unsere Forschung befasst sich mit den grundlegenden Mechanismen des Protein-Qualitätskontrollsystems, insbesondere mit dem Proteinabbau durch das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS). Wir wollen die Funktion des Proteinabbaus molekularer Maschinen aufklären und herausfinden, wie AAA+ ATPasen, Hauptkraftgenerator der Substratentfaltung und -translokation, chemische Energie in mechanische Kraft umwandeln. Wir beantworten diese Fragen mit Hilfe der kryo-elektronenmikroskopischen (cryo-EM) Einzelpartikelanalyse (SPA) und mit biochemischen und biophysikalischen Methoden. Auf diese Weise lassen sich die Struktur der Konformationsdynamik und die Regulationsmechanismen von Proteinassemblierungen darstellen.

Unsere Kryo-EM-Studien haben gezeigt, dass die Konformationsdynamik des 26S-Proteasoms eng mit der Substratverarbeitungsfunktion verbunden ist. Die koordinierte Anordnung der Nukleotid-Bindungstaschen der ATPase-Untereinheiten zeigt, dass die ATP-Hydrolyse sequentiell abläuft. Unser Anliegen ist es, die Konformationsdynamik des Proteasoms und seiner Regulationsmechanismen besser zu verstehen. Neben dem Proteasom spielt eine weitere AAA+-ATPase, bekannt als p97/Cdc48, eine Schlüsselrolle bei der Substratverarbeitung im UPS. Wir untersuchen die strukturellen Grundlagen der sequentiellen Substratverarbeitung durch p97 und durch das 26S-Proteasom, um die Mechanismen zu verstehen, mit denen diese ATPasen den Auf- und Abbau von Proteinen auf molekularer und atomarer Ebene steuern.

Durch die Zusammenarbeit meiner Forschungsgruppe mit dem Institut für Auditorische Neurowissenschaften und dem Exzellenzcluster Multiscale-Bioimaging werden viele spannende neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit eröffnet. Wir werden die Proteinhomöostase in Innenohrzellen untersuchen, wo UPS eine wichtige Rolle spielt. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Tobias Moser wollen wir auch die strukturelle Grundlage von Otoferlin erforschen, das die Neurotransmitter-Freisetzung in inneren Haarzellen steuert.

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Neue Nachwuchsgruppe


Chemie der molekularen Markierung


Jun.-Prof. Dr. Nadja Simeth
Institut für Organische und Biomolekulare Chemie
Georg-August-Universität Göttingen

z. Zt.:
Stratingh Institute for Chemistry
Faculty of Science and Engineering
University of Groningen
n.a.simeth[at]rug.nl


Jun.-Prof. Dr. Nadja Simeth

In vielen biologischen und künstlichen Netzwerken spielen stimulierungsabhängige Prozesse eine entscheidende Rolle. Die gezielte Hoch- und Herunterregulierung ausgewählter Signalwege ermöglicht die kontrollierte Informationsübertragung im gesamten Netzwerk und bildet die Grundlage komplexer Funktionen. Licht ist ein bewährter, spurlos und präziser externer Stimulus für eine Vielzahl von Anwendungen, allerdings beschränken sich die meisten Systeme auf die Verwendung eines einzigen lichtempfindlichen Moleküls und dessen Regulierung einer einzelnen Transformation. Die rigorose Modulation in einem großen (biologischen) Netzwerk beruht jedoch auf dem Zusammenspiel einer Reihe von äußeren Reizen. Wir setzen es uns zum Ziel, λ-orthogonale Stimuli zu entwickeln, um verschiedene Einzelprozesse innerhalb desselben Systems und in Gegenwart voneinander, dynamisch und von außen zu steuern.

Die Gruppe ist am Institut für Organische und Biomolekulare Chemie angesiedelt und gehört zum MBExC-Cluster, ein Zuhause, das den interdisziplinären Charakter unseres Forschungsprogramms widerspiegelt: Unsere Forschung ist an der Schnittstelle zwischen physikalischer und organischer Chemie angesiedelt und strebt an, Biomoleküle in chemische, biohybride und biomimetische Systeme einzubinden. Wir legen dabei einen Schwerpunkt auf die Orthogonalität und Kooperativität (photo)chemischer Prozesse, um Moleküle zu markieren, molekulare Werkzeuge zum Verständnis komplexer Funktionen zu designen und bio(hybride) Netzwerke zu entwickeln.



Neuer Junior-Fellow


Biochemie der Membran-Dynamik


Dr. Julia Preobraschenski
Institut für Auditorische Neurowissenschaften
Universitätsmedizin Göttingen
julia.preobraschenski[at]med.uni-goettingen.de


Dr. Julia Preobraschenski

Ferline gehören zur Multi-C2-Domänen-Proteinfamilie, die für die Vesikelfusion und den Vesikeltransport von zentraler Bedeutung ist. Mitglieder der Ferlin-Familie werden mit pathogenen Zuständen wie Taubheit (Otoferlin) und Muskeldystrophie (Dysferlin und Myoferlin) bei Patienten in Verbindung gebracht. Sie zeichnen sich durch eine bemerkenswert hohe Anzahl von C2-Domänen (5 bis 7) aus und sind durch ihre C-terminale Transmembrandomäne zusätzlich in Lipidmembranen verankert. Aufgrund der Ca2+-Ionen- und negativ geladenen Lipid-Bindungseigenschaften ihrer C2-Domänen wurden Ferline zunächst lediglich als Ca2+-Sensoren für Membranfusionsereignisse angesehen, ähnlich wie die gut untersuchte Familie der Synaptotagmine. Neue Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass Mitglieder der Ferlin-Familie darüber hinaus auch physiologische Rollen spielen, die bis heute nur unzureichend erforscht sind.

Daher ist es das Ziel meiner Gruppe, die molekularen Mechanismen, die der Ferlin-Funktion zugrunde liegen, sowie deren krankheitsauslösenden Veränderungen beim Menschen zu entschlüsseln . Zu diesem Zweck werden wir modernste biochemische und biophysikalische Methoden mit strukturbiologischen Techniken, wie Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie und Röntgenkristallographie, kombinieren.

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Neuer Junior-Fellow


Biolumineszenz-Imaging


Dr. Carola Gregor
Abteilung Optische Nanoskopie
Institut für Nanophotonik Goettingen e.V. (IFNANO)
ed.onanfi@rogerg.alorac


Dr. Carola Gregor

Biolumineszenz ist die Fähigkeit lebender Zellen, Licht zu erzeugen. In der Forschung kann Biolumineszenz genutzt werden, um lebende Zellen und Organismen ohne externes Licht und damit ohne Phototoxizität oder Photobleichung abzubilden. Außerdem ermöglicht sie die Beobachtung von lichtempfindlichen Prozessen und die Bildgebung mit geringem Hintergrundsignal.

Meine Forschung konzentriert sich auf das Biolumineszenzsystem von Bakterien. Dieses System ist vollständig genetisch kodierbar und erfordert nicht die Zugabe eines externen Luciferin-Substrats zur Bildgebung, da das Luciferin von der Zelle selbst synthetisiert und wiederverwertet wird. Die Gene des bakteriellen Biolumineszenzsystems können auch in Säugetierzellen eingebracht werden, was eine autonome Biolumineszenz-Bildgebung auf Einzelzellebene ermöglicht.

Mit Hilfe des bakteriellen Biolumineszenzsystems wird meine Gruppe neue Werkzeuge für die biomedizinische Bildgebung entwickeln. Wir werden Strategien für die spezifische Markierung mit hoher Helligkeit von Neuronen und Kardiomyozyten für das Biolumineszenz-Imaging sowohl von kultivierten Zellen als auch von lebenden Tieren entwickeln. Ein weiteres Ziel ist die Generierung eines genetisch kodierten biolumineszenten Kalzium-Sensors zur Beobachtung der zellulären Aktivität in Herz und Gehirn. Außerdem sollen Kalzium-Signalübertragung und Stoffwechselprozesse unter gesunden und krankhaften Bedingungen sowie der Zelltods abgebildet werden.

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Neuer Junior-Fellow


Analyse auditorischer Schaltkreise


Dr. Antoine Huet
Institut für Auditorische Neurowissenschaften
Universitätsmedizin Göttingen
ed.negnitteog-inu.dem@teuh.eniotna


Dr. Antoine Huet

Akustische Informationen werden durch die Synapsen der inneren Haarzellen mit Spiralganglionneuronen (SGN) in einen neuronalen Code gewandelt. Die resultierenden Orts-, Frequenz- und Zeitcodes, die von den SGNs transportiert werden, enthalten alle Informationen der akustischen Umgebung. Diese neuronalen Codes werden von den Neuronen des auditorischen Hirnstamms integriert und verfeinert, um daraus die wesentlichen Merkmale der umgebenden akustischen Szenerie abzubilden.

Unsere Gruppe beschäftigt sich mit den Mechanismen, die der Integration des neuronalen Codes im Hirnstamm zugrunde liegen, besonders mit der Verfeinerung des zeitlichen Codes, dem sogenannten "phase-locking enhancement". Um das Phase-Locking in der Hörbahn optisch zu evozieren, nutzen wir auch photosensibilisierende Werkzeuge, wie Optogenetik und Photopharmakologie.

Unsere Forschungsstrategie kombiniert: i) Photosensibilisierung der SGNs und optische Stimulation der Cochlea, um die neuronale Codestatistik am Eingang der Hörbahn präzise zu kontrollieren; ii) Ableitungen einzelner Neuronen aus den verschiedenen Neuronenpopulationen, die zusammen ein Netzwerk bilden; iii) Informationstheorie; iv) morphologische Bildgebung mittels konfokaler und Lichtscheibenmikroskopie; und v) rechnerische Modellierung.

Unsere Arbeit wird dazu beitragen, die Integration des neuronalen Codes in der Hörbahn und seine Implikation in physiologischen und pathologischen Zuständen (z.B. Cochlea-Deafferenzierung zu verstehen. Unsere Erkenntnisse werden in die Kodierungsstrategien des neuartigen optischen Cochlea-Implantats einfließen.

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