Biologie und Geographie

Die AG Strukturelle und Medizinische Biochemie von Prof. Peter Bayer erforscht mit Hilfe biophysikalischer und spektroskopischer Methoden wie der Kernspinresonanz die Mechanismen und Auswirkungen der Sulfatierung von Proteinen und beschäftigt sich mit der Rolle von cis/trans Isomerase im Zellzyklus und beim Chromatinremodelling. Ein weiterer Schwerpunkt der AG (Dr. Anja Matena) liegt auf der Strukturaufklärung und dem Design funktioneller Miniproteine, die entweder antiviral oder antibakteriell wirken.
Die AG Genetik von Prof. Ann Ehrenhofer-Murray untersucht, wie das genetische Material (DNA) im eukaryoten Zellkern organisiert ist und wie Änderungen der Organisation das Ablesen der Gene beeinflussen. Dabei hat sie einen neuen Mechanismus dafür entdeckt, wie organisatorische Bereiche im Genom voneinander getrennt werden. Dies ist besonders wichtig, um die Genaktivität korrekt zu steuern. Die weiteren Untersuchungen konzentrieren sich darauf, die an diesem Mechanismus beteiligten Proteine zu charakterisieren und ihre Struktur in Beziehung zu ihrer Funktion zu verstehen.
Die AG Mikrobiologie II (Prof. Michael ­Ehrmann) erforscht evolutionär konservierte zelluläre Faktoren der Qualitätskontrolle von Proteinen, die zum Beispiel fehlgefaltete Proteine erkennen und den funktionellen Zustand dieser Proteine herstellen oder die Proteine dem Abbau zuführen. Fehler in der Qualitätskontrolle haben Einfluss auf das Zellschicksal und spielen eine Rolle bei bakteriellen Infektionen, neurodegenerativen Erkrankungen, Arthritis oder Krebs, und die AG erforscht diese Aspekte in mehreren internationalen Kooperationen. Ein Schwerpunkt der letzten Jahre war HtrA, eine Serinprotease mit Qualitätskontrollfunktion. Es gelang der AG in Zusammenarbeit mit Prof. Tim Clausen (IMP, Wien) Strukturen und Mechanismen von HtrA-Oligomeren aufzuklären.
Evolution, der zentrale Gegenstand der AG Bioinformatik (Prof. Daniel Hoffmann), ist einer der Schlüssel zum Verständnis der gesamten Biologie, einschließlich der Biomedizin. Ein zweiter grundlegender Aspekt der Biologie ist die molekulare Ebene, auf der in der ganzen Biologie die gleiche Sprache der Gene, Proteine, etc. gesprochen wird. Die Forschung der AG bringt beide grundlegenden biologischen Aspekte zusammen, indem sie die molekularen Mechanismen der Evolution untersucht. Sie analysiert auf diese Weise Biodiversität in Ökosystemen anhand von Daten aus Ökosystem-weiten Genomsequenzierungen („Deep Sequencing“) oder die Evolution von ­humanpathogenen Viren wie HIV oder HCV unter dem Selektionsdruck durch Immunsysteme und antivirale Wirkstoffe.
Die AG Chemische Biologie von Prof. Markus Kaiser erforscht kleine Moleküle zur gezielten Beeinflussung biologischer Prozesse. Solche Moleküle sind interessant als Werkzeuge für die biologische Grundlagenforschung und für die Entwicklung von Chemotherapeutika. Das Forschungsprogramm umfasst das Design (ausgehend von bioaktiven Naturstoffen), die Synthese und die biologische Evaluierung kleiner Moleküle mit klassischen Methoden und neuartiger chemischer Proteom-Analytik. Viel versprechende Beispiele aus den letzten beiden Jahren sind die Entwicklung von Analoga des Proteasom-Inhibitors Syringolin A in Richtung eines Wirkstoffs gegen Leukämie, die Erforschung der molekularen Wirkung des Anti-Malaria-Naturstoffs Symplostatin 4, und die erste chemische Synthese des zytotoxischen Wirkstoffs Symplocamide A. Daneben arbeitet die AG auch an der Entwicklung des „Activity-Based Protein Profiling“, einer neuen Methode zur Proteom-weiten Bestimmung von Enzym-Aktivität.
Über die Anwendung modular aufgebauter, zellulärer Assaysysteme entwickelt die AG Molekularbiologie II von Prof. Shirley Knauer in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit der Chemischen Biologie und der Bioinformatik neuartige Inhibitoren der Krebsentstehung. Neben der Interferenz mit dem Kern-Zytoplasma-Transport des kleinen Proteins Survivin steht auch die Hemmung der onkologisch relevanten Protease Taspase1 im Vordergrund des Forschungsinteresses. Hier wird unter anderem versucht, diese „molekulare Schere“ über das Zusammenkleben zweier Eiweiß-Einheiten in ihrer krebsfördernden Aktivität zu beeinträchtigen.
Zellen müssen nicht nur die Herstellung ihrer Bestandteile genau regulieren, sondern auch deren kontrollierten Abbau. Die AG Molekularbiologie I (Prof. Hemmo Meyer) untersucht die Funktion einer Nanomaschine, Cdc48/p97, die eine wichtige Rolle spielt in der Entfernung von geschädigten oder verklumpten Proteinen, wie sie vermehrt bei degenerativen Erkrankungen vorkommen und Zellen schädigen können. Gleichzeitig hilft Cdc48/p97 auch, regulatorische Faktoren ab­zubauen, und verhindert somit genetische Veränderungen und unkontrolliertes Zellwachstum, die wiederum zu Krebsentstehung beitragen können.
Hauptinteresse der AG von Prof. Perihan ­Nalbant sind zelluläre Signalkaskaden, unter deren Kontrolle die dynamische Modulation des Aktin-Zytoskeletts steht. Insbesondere arbeitet die Gruppe an regulatorischen Proteinen, welche die Migration von Zellen beeinflussen und die damit eine wichtige Rolle in pathologischen Prozessen spielen, wie etwa in der Tumorinvasion und Metastasierung. Die Migration einzelner Zellen erfordert das zeitliche und räumliche Zusammenspiel von dynamischen Zellfortsätzen und zellulären Zugkräften. Mit Hilfe von high-end fluoreszenzmikroskopischen Methoden und RNAi basierter Manipulation von individuellen Proteinen konnten die AG in den letzten Jahren in invasiven Tumorzellen ­spezifische Signal-Ketten identifizieren, welche die Kopplung solcher Zugkräfte mit dynamischen Substrat-Verknüpfungen ermöglichen und somit auch eine effiziente Zellmigration.
Genetischen und degenerativen Erkrankung des Skeletts ist die AG Entwicklungsbiologie von Prof. Andrea Vortkamp auf der Spur. Sie können bei den Betroffenen zu Skelettfehlbildungen, Kleinwuchs, Bewegungseinschränkungen, Schmerzen und der Ausbildung von Tumoren führen. Ausgehend vom Wachstumsfaktor Indian hedgehog (Ihh), einem zentralen Regulator der Knochendifferenzierung konzentriert sich die Gruppe auf die transkriptionelle und epigenetische Regulation der Chondrozytendifferenzierung, insbesondere auf die Interaktion der Transkriptionsfaktoren Gli3 und Trps1 mit Chromatin-modifizierenden Faktoren. Ein zweiter Schwerpunkt ist die Untersuchung der Mechanismen, die den Transport sezernierter Faktoren im Gewebe regulieren. Hier beschäftigt sich die Gruppe mit der Frage, wie die Struktur extrazellulärer Heparansulfate die Interaktion mit dem Wachstumsfaktor Ihh beeinflusst und so dessen Aktivität und Verteilung im Gewebe organsiert.