Forschungstätigkeit am Zentrum
An der Universität Leipzig wird auf der Grundlage des Rahmenprogramms
"Biotechnologie-Offensive Sachsen" der Sächsischen
Staatsregierung ein Biotechnologisch-Biomedizinisches Zentrum aufgebaut.
Dabei handelt es sich um eines von zwei Bioinnovationszentren in
Sachsen. Die Förderperiode hat eine Laufzeit von fünf
Jahren (2001-2005) mit einem Finanzvolumen von etwa 19 Mio. Euro.
Die finanziellen Mittel werden aus HWP und EFRE zur Verfügung
gestellt. Ab 2006 erfolgt die Finanzierung aus dem Haushalt der
Universität.
Das Biotechnologisch-Biomedizinische Zentrum ist eine zentrale
Einrichtung der Universität Leipzig. Mit der Konzentration
auf die Schwerpunkte "Protein Engineering und Bioanalytik",
"Molekulare Medizin und Therapeutika" und "Biomedizinisches
und Cell Engineering" verbindet sich das erklärte Ziel
der Universität, mit dem BBZ die Kompetenzen der vorhandenen
Arbeitsgruppen und der neuen Professuren zu bündeln. Dem dient
auch die Einrichtung von Nachwuchsgruppen. Durch eine eigene Geschäftsführung,
die in die Verwaltung des Hochschulbereiches eingebunden ist, ist
die Administration und Vergabe der Forschungsmittel effizient organisiert.
Im BBZ sollen vorhandene universitäre biotechnologisch relevante
Forschungsrichtungen, mit neuen komplementären Forschungsfeldern
aber auch außeruniversitären Forschungsrichtungen der
Biomedizin und Biotechnologie zusammenarbeiten. Hinzu kommt eine
enge Verflechtung von Wissenschaft und Wirtschaft durch die Ansiedlung
von etablierten und neu zu gründenden Biotechnologieunternehmen.
Die Aufgaben des BBZ sind:
- Förderung der Forschung und Entwicklung auf den Gebieten
der Biotechnologie und Biomedizin sowie verwandten Disziplinen
- Initiierung neuer Studiengänge, Weiterbildungs- und Fortbildungsangebote
- Förderung des Wissenstransfers in wirtschaftliche Aktivitäten
Professuren des BBZ
- Bioanalytik
- Molekularbiologisch-biochemische Prozesstechnik
- Molekulare Pathogenese
- Molekulare Zelltherapie
- Strukturanalytik von Biopolymeren
- Zelltechniken und angewandte Stammzellbiologie
Selbständige wissenschaftliche Nachwuchsgruppen des BBZ
- Angewandte molekulare Evolutionsforschung
- Molekulare Diagnostik - Mikroarray-Techniken
- Molekulare Infektionsmedizin
- Protein Engineering
- Protein-Ligand-Wechselwirkung mittels Ionen-Cyclotron-Resonanz
Massenspektrometrie
- Strukturaufklärung membranassoziierter Proteine mittels
Festkörper-NMR
Die Forschungsprojekte der Professur für Bioanalytik
(Prof. Dr. Ralf Hoffmann) konzentrieren sich auf die Etablierung
neuer analytischer Methoden zur Analyse posttranslationaler Modifikationen
sowie der Charakterisierung modifizierter Proteine, beispielsweise
Phosphorylierung, Hydroxylierung, Methylierung, Glykosylierung,
Desamidierung und Glykierung. Diese meist reversiblen teils aber
auch irreversiblen Modifikationen verändern die Proteine sowohl
strukturell als auch funktionell. Ein aktuelles Target der Analysen
ist das Tau-Protein, das in stark modifizierter und wahrscheinlich
krankhaft veränderter Form (PHF-Tau) im Gehirn von Alzheimer-Patienten
vorliegt. Obwohl die Alzheimer-Krankheit seit Jahrzehnten von vielen
Forschergruppen weltweit untersucht wird, sind bis heute die Ursachen
noch weitgehend unbekannt. Die Arbeiten konzentrieren sich auf die
Analyse der posttranslationalen Modifikationen des Tau-Proteins,
das in seiner Hauptvariante beim Menschen aus 441 Aminosäuren
besteht. Zur Reinigung wurden drei chromatographische Trennungen
entwickelt, die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren, wobei
offenbar keine der modifizierten Varianten und Splicing-Formen diskriminiert
werden. In diesen Tau-Proben wurden die Tau-Varianten relativ quantifiziert,
deren Phosphorylierungsgrad bestimmt und die Verteilung einiger
Phosphorylierungsstellen untersucht. Ferner konnten neue, bisher
im Tau-Protein nicht beschriebene Modifikationen identifiziert werden,
die sowohl die Tubulin-Wechselwirkung als auch die Aggregation beeinflussen
könnten. Im Bereich der Kollagene konnten zwei Analysemethoden
zur relativen Quantifizierung des Hydroxylysins und der vier Hydroxyprolin-Isomere
etabliert werden, mit denen bereits zwei Kollagen-Typen analysiert
werden konnten.
Ferner wurde gemeinsam mit einer amerikanischen Arbeitsgruppe eine
neue Methyltransferase identifiziert und bezüglich ihrer Methylierung
der Guanidinogruppen in Proteinen charakterisiert. Kürzlich
konnte zudem eine Methode zur gezielten Synthese glykierter Peptide
entwickelt werden. Mit den Modellpeptiden werden nun die analytischen
Methoden zur Identifizierung glykierter Proteine etabliert.
Die Professur für Molekularbiologisch-biochemische Prozesstechnik
(Prof. Dr. Andrea A. Robitzki) hat ihre beiden Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte
im Bereich des molekularen Tissue Engineering sowie der Wirkstofffindung
und funktionellen Proteincharakterisierung durch Zell- und Gewebe-basierte
Multielektrodenarrays um die beiden Forschungsschwerpunkte Nanobiotechnologie
/ Nanoelektronik und Laser-Manipulation und -Katapultion lebender
biologischer Systeme erweitert. Ein Höhepunkt war z.B. die
erfolgreiche Entwicklung und Testung eines funktionellen Autoimmunantikörper-Biosensors
für die Frühdiagnostik von Präeklampsie (EPH-Gestose)
während der Schwangerschaft. Das Prinzip dieses Kardiomyozyten-basierten
Multielektrodenarrays liegt in der Online- und Echtzeit-Detektion
der Herzmuskelkontraktionen und Arrhythmien durch eine Multielektrodenanordnung
im Array. Die Frequenz der Motilität des Kardiomyozytenmodells
dient als Funktionsnachweis physiologischer AT1-Rezeptor
Agonisten (Nachweisgrenze für Angiotensin II, 10-11M)
sowie AT1-Autoimmunantikörper im Serum. Dieser elektronische
Bioassay kann außerdem für eine erweiterte klinische
Diagnostik sowie in der biomedizinischen und biotechnologischen
Forschung zur Detektion der zellulären Antwort auf eine Liganden-Rezeptor-Interaktion
eingesetzt werden. Für die Entwicklung weiterer Zell- und Gewebe-basierter
Mikroarrays (Impedanzspektrometrie) sind ischämische 2D/3D
in vitro Kardiomyozytenmodelle sowie eine 3D in vitro
Mammalia-Netzhaut entwickelt und charakterisiert worden. Eine weitere
Technologieplattform in Kombination mit der Sensorik wurde mit der
Laser-Manipulation und -Katapultion lebender embryonaler, neuronaler
Vorläuferzellen etabliert. Hier werden neuronale Regenerations-
und Transplantationskonzepte auf dem Gebiet der Remyelinisierung
von Nervenfasern verfolgt. Zur Optimierung von molekularen Biochips
aber auch im Zuge einer weiteren Miniaturisierung in Richtung Mikroimplantate
wurden Projekte auf dem Gebiet der molekularen Transistoren sowie
der Nanostrukturierung von Implantatoberflächen zur kontrollierten
Wirkstofffreisetzung gestartet.
Die Professur für Molekulare Pathogenese (Prof. Dr.
Manfred Blessing) beschäftigt sich mit der Funktion von Wachstumsfaktoren
und Cytokinen. Im Zentrum der Arbeiten stehen Mitglieder der "Transforming
Growth Factor-beta" (TGF-beta) Familie. TGF-beta selbst ist
ein Faktor mit pleiotropen Wirkungen. TGF-beta ist ein zentraler
Regulator des Immunsystems, es fördert die Proliferation bzw.
Differenzierung von Mesenchymzellen, wohingegen die Proliferation
von Epithelzellen inhibiert wird und TGF-beta moduliert Angiogenese
und Apoptose. Aufgrund dieser vielfältigen und teilweise gegenläufigen
Wirkungen auf unterschiedliche Zelltypen hat eine Änderung
der lokalen Aktivität von TGF-beta gravierende Auswirkungen
auf die Funktion von Geweben. Folgerichtig findet man Modifikationen
des TGF-beta Systems in einer Vielzahl von Erkrankungen wie Krebs,
Fehlsteuerungen des Immunsystems und Regenerationsstörungen.
Zur funktionellen Analyse dieses Faktors in den unterschiedlichen
Krankheitsszenarien wurde eine Reihe transgener Mauslinien entwickelt,
in denen lokal und zelltypspezifisch entweder die Aktivität
dieses Faktors, oder die Suszeptibilität gegenüber diesem
Faktor moduliert wird. Zunächst werden in diesen Modellen Änderungen
der Suszeptibilität gegenüber Krebserkrankungen und Immundefekten
mit dem veränderten TGF-beta System korreliert. So konnten
z.B. unterschiedlich starke Auswirkungen des Verlusts dieses Systems
auf die Tumorigenese in Haut, Darm und Leber sowie eine Parallelität
mit der Frequenz dieses Verlustes in Hauttumoren, Darmtumoren und
Lebertumoren von Patienten nachgewiesen werden. Des weiteren konnte
gezeigt werden, dass der Verlust des TGF-beta Systems in T-Zellen
zu einer erhöhten Suszeptibilität gegenüber Asthma,
Hepatitis und Arthritis führt, wohingegen eine Verstärkung
der Aktivität vor Asthma schützt. Gleichzeitig werden
unter Einsatz von hochdichten DNA-Chips zelltypspezifische Zielgene
dieses zentralen Regulators identifiziert. Aus diesen Analysen werden
neue Kandidatengene erwartet, die aufgrund ihrer Zelltypspezifität
zur Entwicklung neuer diagnostischer bzw. prognostischer Verfahren
oder therapeutischen Ansätzen führen.
Das Forschungsinteresse der Professur für Strukturanalytik
von Biopolymeren (Prof. Dr. Norbert Sträter) liegt in der
Anwendung biochemischer und biophysikalischer Methoden, hauptsächlich
der Proteinkristallographie, zur Untersuchung des Zusammenhangs
zwischen Raumstruktur und Funktion von Proteinen. Dabei werden gegenwärtig
vor allem Enzyme, insbesondere Metalloenzyme, aber auch andere hinsichtlich
katalytischer Reaktivität oder medizinischer und biotechnologischer
Bedeutung interessanter Proteine untersucht. Neben der Strukturaufklärung
des nativen Proteins steht dabei immer die Charakterisierung des
Reaktionsmechanismus und der Funktionsweise des Proteins auf molekularer
Ebene im Vordergrund. Aktuelle Projekte konzentrieren sich auf die
Katalyse durch Metallenzyme sowie auf pharmakologisch relevante
Proteine im Bereich der extrazellulären Rezeptoren und der
nachgeschalteten Signaltransduktion. Die Forschung ist an der Schnittstelle
zwischen Biowissenschaften und Chemie angesiedelt. Als Beispiel
seien hier vor allem die Aufklärung der chemischen Reaktionsmechanismen
der Enzyme genannt sowie die Charakterisierung der molekularen Wirkungsweise
synthetischer Wirkstoffe an den biologischen Targets durch Aufklärung
der entsprechenden Komplexstrukturen.
Die Forschungsinteressen der Professur für Zelltechniken
und angewandte Stammzellbiologie (Prof. Dr. Augustinus Bader)
liegen auf dem Gebiet der Regenerativen Medizin. Ein Schwerpunkt
der Gruppe ist die Klärung der Mechanismen, welche während
der Regeneration nach einem Leberschaden ablaufen. Dabei steht besonders
ein Faktor im Focus der Analysen. Mit Hilfe des Mediators konnte
eine Beschleunigung der Regeneration nach einer partiellen Hepatektomie
induziert und nachgewiesen werden. Derzeit werden mit verschiedenen
in vivo und in vitro Analysen die zugrunde liegenden
Mechanismen erforscht. Wobei sowohl die Veränderung in der
Genexpression mit Hilfe von selbst produzierenden Oligo Microarrays
analysiert, als auch die qualitativen und quantitativen Veränderungen
im regenerierenden Gewebe untersucht werden. Ziel der Forschung
ist die Unterstützung der Regeneration der Leber nach einer
Schädigung, durch die Gabe von regenerations-induzierenden
Mediatoren und einer extrakorporalen Leberbioreaktor Unterstützung.
Im Rahmen der "Entwicklung des Bioreaktorkreislaufes einer
sterilen Knorpelzellstimulation und deren bioanalytische Charakterisierung"
widmete sich die Arbeitsgruppe vor allem der Entwicklung eines modularen
Bioreaktorsystems. Im Mittelpunkt dessen standen vor allem die Konzeption
sowie der Aufbau der sensorischen und aktorischen Komponenten um
den Stimulationsbioreaktor herum. Das gesamte System wurde wegen
der hohen Anforderungen so modular als möglich aufgebaut. Das
Grundkonzept setzt auf den Subsystemeinheiten, einer Steuereinheit,
einem Benutzerinterface und einheitlichen System-Schnittstellen
auf. Ein einzelnes Subsystem besteht aus einem Bioreaktor, an dem
ein Hauptkreislauf mit dem Nährflüssigkeitsbehälter,
einer Förderpumpe inklusive Durchflusssensor und einem Temperatursensor
angeschlossen wird. Des Weiteren wird ein zweiter Analysekreislauf
zur Inline-Analyse mit Sensoren, sowie eine Dosierpumpe und
ein Dreiwegeventil zur Offline-Probenentnahme, angeschlossen.
An den Hauptbehälter kann ein zweites Reservoir, gefüllt
mit Nährkonzentrat (z.B. Plasma, Serum), angeschlossen werden,
der ein gezieltes Konditionieren (Fed-Batch) autologer Nährstoffe
in den Kreislauf ermöglicht. Im praktischen Einsatz wurden
immer sechs Knorpelzellkonstrukte gleichartig stimuliert und kultiviert.
Von diesen sechs Präparaten könnte eines dem Patienten
transplantiert werden, während die restlichen Scaffolds der
biochemischen, biophysikalischen, spektroskopischen und genomischen
Analytik dienten.
Die Nachwuchsgruppe Angewandte Molekulare Evolution (PD
Dr. Susanne Brakmann) beschäftigt sich mit Verfahren der gerichteten
Evolution zur funktionalen Optimierung von Nucleinsäure-Polymerasen
und mit der Realisierung einer DNA-Sequenzierung auf Einzelmolekül-Niveau.
Die Arbeiten über Polymerasen konzentrieren sich auf die Entwicklung
von Varianten der T7-DNA-Polymerase und der Reversen Transkriptase
des HI-Virus mit veränderter Fehlerrate sowie auf Varianten
der T7-RNA-Polymerase mit veränderter Substratakzeptanz. Ein
wichtiger Fortschritt betraf die Entwicklung genetischer Selektionsverfahren
zur Identifikation bzw. zur Isolierung von aktiven Polymerase-Varianten
aus einer Polymerase-Mutantenbank. Mutantenbanken, die z.B. durch
error-prone PCR oder DNA shuffling generiert werden,
enthalten zu einem großen Teil inaktive Varianten (teilweise
mehr als 90 %). Durch Verwendung bestimmter Polymerase-defizienter
bzw. Polymerase-beeinträchtigter E.-coli-Stämme
konnten aktive, die fehlende Aktivität komplementierende DNA-Polymerasen
spezifisch angereichert werden. Im Falle der RNA-Polymerase war
eine solche Komplementierung nicht möglich; stattdessen konnten
aktive Varianten aber anhand der erfolgreichen Transkription eines
Markerproteins (GFP) identifiziert und isoliert werden. Aktive Varianten
(DNA-und RNA-Polymerasen) können dann in Mikrotiterplatten-Assays
(FRET- und einfache Fluoreszenz-Detektion) auf spezifische Substrataktivitäten
hin durchmustert werden.
Die Nachwuchsgruppe Molekulare Diagnostik - Mikroarray Technologien
(Dr. Peter Ahnert) analysiert die Rolle der interindividuellen genetischen
Diversität in der Ätiologie und Pathogenese von Autoimmunerkrankungen,
insbesondere der rheumatoiden Arthritis. Autoimmunerkrankungen wie
die rheumatoide Arthritis (RA) sind komplexe Erkrankungen mit verschiedenen
ursächlichen Faktoren. Es ist bekannt, dass genetische Veranlagungen
eine Rolle in der Entstehung und im Verlauf der Erkrankung spielen.
Man weiß auch, dass andere Genorte als der bekannte HLA Lokus
involviert sind. Um welche Gene und welche Varianten dieser Gene
es dabei geht, ist hingegen weitgehend unbekannt. Die Analyse von
Kandidatengenen und den darin vorkommenden Polymorphismen in Familien-
und Fall-Kontroll-Studien kann darüber Aufschluss geben. Höchstwahrscheinlich
sind Kombinationen von Genvarianten geringer Penetranz für
das Krankheitsgeschehen verantwortlich. Methoden der Systembiologie
stellen hier einen Lösungsansatz dar. Ziel des Projektes ist
es, einen Beitrag zur Aufklärung der genetischen Komponente
der RA zu leisten und Methoden zur genetischen Analyse komplexer
Erkrankungen weiterzuentwickeln.
Es werden statistische Methoden auf die Analyse biologischer Netzwerke
angewendet, um Kandidatengene zu identifizieren, SNPs aus öffentlichen
Datenbanken gewählt und das GENOLINK System verwendet (basierend
auf Primerextension und Massenspektrometrie) für die Genotypisierung.
Für die Genotyp-Phänotyp-Analyse werden Methoden der genetischen
Statistik sowie Maschinenlernverfahren verwendet.
Die Forschungsprojekte werden durch die Sächsische Aufbaubank,
das HWP, EFRE und die DFG gefördert. Es bestehen enge Kooperationen
mit der Gruppe von Dr. Francois Cornélis (Universität
Evry und Universität Paris VII), der Gruppe von Jose Cardoso
de Menezes (Technische Universität Lissabon, Portugal) sowie
mehreren Partnern in Deutschland.
Die Nachwuchsgruppe Molekulare Infektionsmedizin (PD Dr.
Reinhard Straubinger) befasst sich mit der Charakterisierung der
molekularen Persistenzmechanismen von Spirochäten verursachten
Infektionskrankheiten (Lyme-Borreliose, Rückfallfieber) bei
Mensch und Tier. In diesem Zusammenhang war auch der Einfluss der
Zytokine Interleukin (IL)-23 und IL-17 auf die chronische Lyme-Arthritis
von Interesse, und praxisrelevante Modifikationen der Impfstrategien
gegen die Lyme-Borreliose wurden genauer untersucht.
In den zurückliegenden Monaten konnte gezeigt werden, dass
zwei lineare Plasmide von denen bekannt ist, dass diese essentiell
für die Infektiösität des Erregers Borrelia burgdorferi
sind, keinen Einfluss auf die Phagozytoserate von neutrophilen Granulozyten
und Monozyten haben. Dies bedeutet, dass die angeborene Immunantwort
des Wirtes durch Proteine, die von diesen Plasmiden codiert werden,
nicht beeinflusst wird. Ein Vergleich der Phagozytoseraten der neutrophilen
Granulozyten und Monozyten mit spiralförmigen und sphärischen
B. burgdorferi wird derzeit durchgeführt. Dies ist deshalb
von Interesse, da die spiralförmige Form von B. burgdorferi
im Regelfall während der aktiven Infektion beobachtet wird,
die sphärische Form hingegen nach bisherigen Erkenntnissen
einen reduzierten Stoffwechsel besitzt und mit hoher Wahrscheinlichkeit
eine Dauerform darstellt.
Des Weiteren ist es gelungen, eine zusätzliche Borrelienart,
Borrelia persica, erstmals in vitro zu kultivieren.
Auf Grund der auffälligen biologischen Unterschiede zwischen
B. burgdorferi und B. persica - z.B. wird B. burgdorferi
vorwiegend im Gewebe gefunden und führt zu langsam sich entwickelnden
klinischen Veränderungen; B. persica hingegen bevorzugt
den Aufenthalt im Blut und ist der Verursacher des Rückfallfiebers
- bietet der direkte Vergleich dieser beiden Spirochätenspezies
eine solide Basis, um die molekularen Persistenzmechanismen von
Spirochäten verursachten Infektionskrankheiten genauer zu erforschen.
Aus der persitierenden Infektion kann sich unter Umständen
Jahre nach der Infektion eine chronische Entzündung in den
Gelenken entwickeln. Die dazu beitragenden Mechanismen sind weitgehend
unbekannt. In diesem Zusammenhang untersucht die Gruppe die Pathogenese
unterstützende oder sogar auslösende Rolle der Zytokine
IL-23 und IL-17 im Mausmodell. Schließlich wurde der Einfluss
einer modifizierten Grundimmunisierung auf die Antikörperantwort
im Hund mit fünf handelsüblichen Impfstoffen gegen den
Erreger der Lyme-Borreliose, die in Europa und den USA vertrieben
werden, quantitativ und qualitativ untersucht.
Arbeitsgebiet der Nachwuchsgruppe Protein Engineering (Dr.
Thomas Greiner-Stöffele) ist die Anwendung und Entwicklung
von Methoden für das rationale Protein-Design und für
die in vitro Evolution von Proteinen. Der Schwerpunkt der
Entwicklung lag auf zwei Projektgebieten. Zum einen wurde die in
den letzten Jahren bearbeitete Stabilisierung von Exonuclease III
aus E. coli weitergeführt. Hierfür wurden weitere
rationale Mutationen in das Protein eingeführt und Bibliotheken
für die in vitro Evolution des Enzyms generiert. Eine
Exonuclease-Variante mit ein um ca. 8 °C höherem Temperaturoptimum
und einer wesentlich erleichterten Herstell- und Lagerbarkeit konnte
durch rationales Design entwickelt werden. Für zwei zu Exonuclease
III homologe Proteine aus thermophilen Organismus konnten in Zusammenarbeit
mit der Arbeitsgruppe Professor Sträter (BBZ) Proteinkristalle
gezüchtet werden. Die Strukturbestimmung wurde in beiden Fällen
begonnen.
Zum anderen wurde ein 2002/2003 entwickeltes Screening-Verfahren
zur Durchmusterung von sehr großen Varianten-Bibliotheken
von Proteinen weiterentwickelt und eine Ausweitung der Technologie
auf verschiedene Enzymklassen begonnen. Dazu wurden für verschiedene
Enzyme (Restriktionsendonucleasen, Aldo-Keto-Reduktasen, Dehydrogenasen,
Dioxygenasen) rekombinate Expressionen etabliert, Aktivitätsassays
entwickelt und für Beispielenzyme verschiedene Bibliotheken
generiert. Mit dem Screening nach veränderten Enzymvarianten
wurde begonnen.
Von der Nachwuchsgruppe Protein-Ligand-Wechselwirkung mittels
Ionen-Cyclotron-Resonanz-Massenspektrometrie (Dr. Andrea Sinz)
wurde die Fourier Transformation-Ionen-Cyclotron-Resonanz (FTICR)-Massenspektrometrie
erfolgreich für die Analyse komplexer Proteingemische eingesetzt.
Unter Verwendung mehrerer chromatographischer Trennschritte in Kombination
mit hochauflösender FTICR-Massenspektrometrie wurden mehrere
hundert Proteine aus Zell-Lysaten des Bakteriums Escherichia
coli identifiziert. Die auf der Flüssigchromatographie
basierende Methode weist das Potenzial auf, sich als Alternative
zu der in der Proteomanalytik vornehmlich verwendeten zweidimensionalen
Gelelektrophorese zu entwickeln.
Die Strategie zur Bestimmung niederaufgelöster dreidimensionaler
Strukturen von Proteinkomplexen unter Verwendung von chemischem
Cross-Linking und hochauflösenden massenspektrometrischen Methoden
wurde weiterentwickelt. Hochkomplexe Gemische, wie sie nach chemischen
Cross-Linking-Experimenten erhalten werden, werden unter Verwendung
von zum Teil isotopenmarkierten Cross-Linking-Reagenzien ohne vorhergehende
Vortrennungsschritte der Reaktionsgemische mittels Nano-HPLC/Nano-ESI-FTICR-Masenspektrometrie
analysiert. Anhand der erhaltenen Distanzbeschränkungen zwischen
Komponenten der Proteinkomplexe lassen sich Rückschlüsse
auf Interaktionsregionen innerhalb der untersuchten Komplexe ziehen.
Die Proteinkomplexe zwischen Calmodulin und zwei seiner Zielpeptide,
dem Peptid Melittin und einem C-terminalen Peptid der Skelettmuskel-Myosin-Leichte-Ketten-Kinase,
dienten hierbei als Modellsysteme. Die durch chemisches Cross-Linking
erhaltenen Distanzbeschränkungen befanden sich für den
Komplex zwischen Calmodulin und dem Peptid der Skelettmuskel-Myosin-Leichte-Ketten-Kinase
in Übereinstimmung mit bereits existierenden NMR-Strukturdaten.
Für den Komplex zwischen Melittin und Calmodulin konnten anhand
der durch Cross-Linking-Experimente verknüpften Aminosäuren
zwei Strukturmodelle erstellt werden.
Weitere Anwendungen der Strategie zur Strukturuntersuchung von
Proteinkomplexen basierend auf chemischem Cross-Linking und hochauflösender
FTICR-Massenspektrometrie bestehen in der Identifizierung der Interaktionsregionen
zwischen Calmodulin und einem C-terminalen Peptid der Adenylatcyclase
8 (Kooperation mit Prof. Dermot Cooper, Cambridge University, Großbritannien)
sowie in der Untersuchung der Selbstaggregation des Basalmembranproteins
Laminin (Kooperation mit Dr. Neil Smyth, Universität Köln).
Die Nachwuchsgruppe Strukturaufklärung membranassoziierter
Proteine mittels Festkörper-NMR (PD Dr. habil. Daniel Huster)
beschäftigte sich insbesondere mit der Charakterisierung der
Struktur und Dynamik membrangebundener Moleküle wie das Ras-Protein
und das Carrierpeptid hCT(9-32). Schwerpunkt der Untersuchungen
war die umfangreiche Anwendung der 2H NMR zur Bestimmung von Bewegungsamplituden
und Korrelationszeiten der Bewegung der Lipidketten des C-Terminus
des Ras-Proteins. Für hCT(9-32) wurde auf der Basis der mittels
Festkörper-NMR-Spektroskopie bestimmten Strukturparameter ein
Modell des membrangebundenen Zustandes des Peptides entwickelt.
Ein zweiter Schwerpunkt der Arbeiten lag in der Untersuchung von
natürlichen und künstlich hergestellten Knorpelgewebe.
Mit Hilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie konnten die makromolekularen
Bestandteile des Knorpelgewebes spektroskopisch erfasst und ihre
dynamischen Parameter bestimmt werden. Diese Expertise wurde zur
Untersuchung von künstlichem Gewebe erstmalig eingesetzt. Ziel
dieser Untersuchungen ist die quantitative Bestimmung der molekularen
Eigenschaften von tissue engineered Knorpelgewebe. Damit
soll eine quality control / quality assurance Analyse etabliert
werden, durch die die Bedingungen zur individuellen Knorpelzüchtung
optimiert werden.
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