SFB 1551:  Polymerkonzepte zum Verstehen zellulärer Funktionen

Fachliche Zuordnung Biologie
Chemie
Physik
Förderung Förderung seit 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464588647
 

Projektbeschreibung

Nach der traditionellen Sichtweise der Molekularbiologie stellt die DNA eine Informationsbibliothek dar, die RNA dient als Transportmittel, und die aus der RNA übersetzten Proteine sind die Maschinen, die verschiedene Funktionen ausführen. Heute wissen wir jedoch, dass RNA und DNA nicht nur als Informationsspeicher fungieren, sondern durch ihre physikalische Beschaffenheit als lange, flexible, geladene Moleküle auch anderen Funktionen in der Zelle ausüben. Bei den Proteinen hat die jüngste "Revolution“ bezüglich Auflösung in der Kryo-Elektronentomographie die Molekularbiologie in eine neue Ära katapultiert, in der die Struktur-Funktions-Beziehungen in einem noch nie dagewesenen Detailgrad sichtbar gemacht werden können. Mehr als 30 % des gesamten Proteingehalts der Zelle besteht jedoch aus intrinsisch ungeordneten Proteinen (IDP), d.h. Proteinen, die in ihrem nativen Zustand keine spezifische Struktur aufweisen und sich solchen modernen Analysen entziehen. Wie RNA und DNA sind IDP im Wesentlichen lineare Makromoleküle mit einem hohen Grad an konformationeller Unordnung. In diesem SFB werden 16 interdisziplinäre Teams aus mindestens einem molekularen Biowissenschaftler und einem Polymerwissenschaftler untersuchen, wie der polymere Charakter von DNA, RNA und ungeordneten Proteinen und die Summe ihrer intra- und intermolekularen Wechselwirkungen die biologische Organisation und zelluläre Funktionen bestimmen. Dies wird die molekularen Biowissenschaftler dazu herausfordern, zell- und molekularbiologische Prozesse aus einer unkonventionellen Perspektive zu betrachten, und die Polymerwissenschaftler dazu veranlassen, neuartige Konzepte für Probleme zu entwickeln, die traditionell in der Material- und klassischen Polymerwissenschaft nicht berücksichtigt werden. Wir werden die wichtigsten Biomakromoleküle (DNA, RNA, Proteine) betrachten, um die allgemeinen Grundsätze und Gemeinsamkeiten von Polymeren auf verschiedenen Längenskalen und mit unterschiedlicher Chemie aufzuzeigen. Besonderes Augenmerk legen wir auf DNA-Protein-Assemblierungen bei der Chromatintopologie und Regulation der Transkription, sowie auf RNA-Protein-Clustering bei der Regulation von Spleißen, Translation und kleinen RNAs. Wir werden auch die vielfältigen Funktionen untersuchen, die Proteine als einzelne Moleküle, aber auch als nanoskopische und große Ensembles erfüllen, und wie eine Störung der Polymerinteraktionen zu zellulärer Fehlfunktion führen kann. Unsere übergeordnete Vision ist die Entwicklung eines konzeptionellen Rahmens für die Beschreibung von Nicht-Gleichgewichts-Multikomponenten-Prozessen, die durch das Zusammenspiel von Biopolymeren zustande kommen. Dies wird eine Lücke in unserem derzeitigen Verständnis von Zellfunktion schließen und diesen SFB zu einer einzigartigen bilateralen Plattform für den Austausch zwischen den molekularen Biowissenschaften und den Polymerwissenschaften machen.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Beteiligte Institution Max-Planck-Institut für Biophysik; Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Beteiligte Hochschule Universität Stuttgart
Sprecher Professor Dr. Edward A. Lemke