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Strukturen molekularer Fabriken und regulatorischer Proteinkomplexe

Der Einsatz von Hybrid-Methoden liefert grundlegende Einblicke in die Regulation des Stoffwechsels und eröffnet neue Perspektiven in der Wirkstoffentwicklung.

Der Stoffwechsel umfasst alle chemischen Prozesse im Auf- und Abbau von Bausteinen von Organismen. Die nötigen chemischen Umwandlungen werden durch eine Vielzahl von spezifischen Katalysator-Proteinen, den Enzymen, ausgeführt. Dabei wird die Aktivität zentraler Enzyme situationsabhängig über regulatorische Proteinkomplexe gesteuert. Abweichungen in Funktion oder Regulation des Stoffwechsels sind an der Entstehung von Krankheiten beteiligt. Fehlsteuerungen des Fettstoffwechsels treten zum Beispiel in der Tumorbildung auf und tragen zur Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Typ-II Diabetes bei. 

Multienzyme und grosse Regulatorkomplexe

Fokus unserer Forschung ist die Aufklärung der Architektur und der Funktionsprinzipien von Multienzymen und regulatorischen Proteinkomplexen. Multienzyme fassen die katalytischen Funktionen mehrerer Enzyme zusammen und bilden so riesige biologische Fabriken. Sie sind an zentralen Abläufen im menschlichen Stoffwechsel beteiligt, zum Beispiel in der Fettsäuresynthese, oder dienen in Mikroorganismen zur Herstellung von bioaktiven Medikamentenvorstufen. Regulatorische Komplexe, wie die TOR Komplexe, verarbeiten Informationen über den Versorgungszustand der Zelle und regulieren das Zellwachstum.   

Hybrid-Methoden: Ansatz zur Aufklärung von Proteinfunktionen
Zur hochauflösenden Strukturanalyse auf molekularer und zellulärer Ebene kombinieren wir experimentelle Methoden wie die Kryo-Elektronenmikroskopie,  die Röntgenkristallographie und modernen mikroskopische Techniken mit Computertechnologien. Wir analysieren biologische Systeme und molekulare Dynamik sowohl an Einzelmolekülen sowie mit Ensemble-Methoden. Die hybride Anwendung von Methoden ermöglicht es uns, die Organisation und Dynamik grosser makromolekularer Komplexe sowie das Zusammenspiel im zellulären Umfeld umfassend zu untersuchen. 

Grundlagen für therapeutische Anwendung
Ein grundlegendes Verständnis von Stoffwechselvorgängen ist entscheidend für viele Therapiestrategien. So sind der TOR-Komplex und Multienzyme des Fettstoffwechsels wichtige Ansatzpunkte in der Krebstherapie. Strukturuntersuchungen bieten grundlegende Erkenntnisse zur Funktionsweise der beteiligten Proteine und zeigen damit Möglichkeiten zur Medikamentenentwicklung auf.

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