High Resolution Cryo Electron Microscopy- Fundamentale zelluläre Prozesse

Dabei steht die Methode der Kryo-Elektronenmikroskopie im Mittelpunkt unserer Arbeit. Moderne Hoch-Leistungselektronenmikroskope dienen der direkten Visualisierung biologischer Proben z.B. Proteine, Viren und allgemein große makromolekulare Komplexe, aufgereinigt oder sogar in ihrer zellularen nativen Umgebung. In den letzten Jahren hat sich die Methode so weiterentwickelt, dass mittlerweile sogar einzelne Atome sichtbar werden. Dies ermöglicht direkte Einblicke in die Funktionsweise molekularer Maschinen, in Mechanismen komplexer Prozesse und insbesondere in die molekularen Grundlagen verschiedener Erkrankungen des Menschen.

Diese hochauflösende Strukturaufklärungsmethode ist in der Strukturbiologie und Zellbiologie unverzichtbar geworden und derzeit im Großraum Münster nicht verfügbar! Wir sind erst vor kurzen an die WWU Münster gewechselt und eine unsere Zielaufgaben in den ersten Jahren wird sein, KryoEM im Forschungsbau SoN zu etablieren. Wir freuen uns auf die sicherlich zahlreichen zukünftigen Kollaborationen im Campus und wir sind überzeugt, dass die KryoEM Infrastruktur maßgebend für das Verständnis wichtiger molekulare Mechanismen, als auch für die Entwicklung neuartiger biotechnologischer und eventuell therapeutische Ansätze sein wird.

CryoEM Structure of the ClpXP protein degradation machinery (from Gatsogiannis, Balogh et al., 2019; Nature Strut Mol Biol)
© Gatsogiannis

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem molekularen Verständnis des Wirkmechanismus von Neurotoxinen und auch AAA-ATPase Nanomaschinen zur Regulierung des Proteinabbaus. Dafür nutzen wir Membranprotein-Biochemie, Biophysik, bioinformatische Methoden und insbesondere die Kryo-Elektronenmikroskopie (Einzelpartikelanalyse und Tomographie). Für unsere komplizierte und vielseitige Fragestellung sind interdisziplinäre Forschung, disziplinübergreifende Synergien und hochmoderne Infrastruktur notwendig. Für uns bietet deshalb der Forschungsbau SoN ideale Bedingungen.

Import of peroxisomal matrix proteins. A general model of the PTS1 import pathway is shown (left image). CryoEM tomography of the peroxisomal docking complex reconstituted in liposomes (right image; from Lill et al., 2020, bioRxiv)
© Gatsogiannis

Ein Großteil unserer Arbeit konzentriert sich bisher auf die Peroxisomen, kleine Organellen, die essentiell für jede eukaryotische Zelle sind. Peroxisome enthalten zahlreichen Enzyme u.a. des Wasserstoffperoxidstoffwechsels, für die Oxidation von Fettsuauren, für die Biosynthese u.a. von Cholesterin und spielen sogar eine wichtige Rolle bei der Regulation der antiviralen Immunabwehr. Diese Enzyme werden aber an freien Ribosomen produziert und erst später in die Peroxisomen eingeschleust. Wie das im Detail funktioniert bleibt jedoch noch ein Rätsel. Ist der Transport durch die Peroxisomenmembran gestört, ist die jeweilige erbliche Krankheiten gravierend. Unsere Forschung zielt darauf ab, diesen Mechanismus genau zu verstehen.