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TRR 186:  Molekulare Schalter zur räumlichen und kinetischen Regulation der zellulären Signaltransmission

Fachliche Zuordnung Biologie
Chemie
Medizin
Förderung Förderung seit 2016
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278001972
 
Biologische Informationsverarbeitung beruht auf der Implementierung von molekularen Schaltern entlang der Signalwege der Zelle. Infolge von Konformationsänderungen, Lipid- oder posttranslationalen Modifikationen, induzierter Oligomerisierung, veränderten Ca2+-Spiegeln oder Redoxbedingungen wird die raumzeitliche Anordnung von Molekülen, makromolekularen Komplexen oder ganzen Organellen innerhalb der lebenden Zelle verändert. Das Verständnis dieser dynamischen Anpassung erfordert nicht nur die genaue Kenntnis der Wirkungsweise eines molekularen Schalters, sondern auch ein Verständnis der vor- und nachgelagerten biologischen Prozesse. Posttranslationale Modifikationen können zum Beispiel an einer oder mehreren Stellen stattfinden, sie können spezifisch oder promiskuitiv sein und sie können zu schnellen oder langsamen Reaktionen führen. Ein Hauptziel unseres Forschungskonsortiums ist es, die zellulären Kontexte, die die unterschiedlichen Arten von molekularen Schaltern erfordern, zu konzeptualisieren. Seine Verwirklichung hängt von modernen Technologien ab, die einerseits die Aufnahme hochauflösender Bilder auf molekularer und zellulärer Ebene ermöglichen und andererseits die dynamischen Veränderungen in diesen Strukturen erfassen. Die Kryo-Elektronen-Mikroskopie und -Tomographie werden zu wichtigen Methoden des TRR186, die es ermöglichen, molekulare Schaltmechanismen im Kontext großer makromolekularer Komplexe mit atomarer Auflösung zu erfassen. Die hochauflösende Lichtmikroskopie ermöglicht es den Forschern, zelluläre Architekturen zu beobachten, zum Beispiel beim vesikulären Transport oder an Kontaktstellen der Organellen. Korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie kombiniert molekulare und zelluläre Bildgebungsverfahren und verschiebt die Grenzen dessen, was in den Projekten des TRR186 beobachtet werden kann. Dynamische Aspekte des zellulären Verhaltens werden mit Hilfe von STED, MinFlux oder Einzelmolekül-Mikroskopie untersucht, während Molekulardynamiksimulationen und Markov State Modellierung geeignet sind, die Konformations-Ensembles auf molekularer Ebene zu beschreiben. Zelluläre Schalter werden durch mathematische Modellierung konzeptualisiert, die wesentliche Merkmale, wie z.B. die für Oszillationen charakteristischen negativen Rückkopplungs-mechanismen, berücksichtigt. Alle Projekte werden ihre Ergebnisse in den Kontext biologischer Prozesse stellen, die von Neurotransmission, Vesikelbildung und Sekretion bis hin zu rezeptornahen Signalwegen in Immunzellen, RNA-Abbau und Oszillationen in virusinfizierten Zellen oder in der zirkadianen Uhr reichen. Die Kombination des Wissens über die wichtigsten Bausteine der Informationsverarbeitung in lebenden Systemen mit einem zellulären Verständnis ihrer Voraussetzungen und Folgen wird es uns ermöglichen, das Konzept der molekularen Schalter auf eine Ebene zu bringen, von der aus wir komplexes zelluläres Verhalten besser verstehen und unter pathophysiologischen Bedingungen manipulieren können.
DFG-Verfahren Transregios
Internationaler Bezug Dänemark

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Freie Universität Berlin
Mitantragstellende Institution Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Sprecher Professor Dr. Christian Freund, seit 7/2022; Professor Dr. Walter Nickel, bis 6/2022
 
 

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