Integrative Strukturbiologie mit NMR Spektroskopie

Wir kombinieren die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) mit biophysikalischen Methoden, um die Struktur, Dynamik und Funktion von Proteinen und Proteinkomplexen auf atomarer Ebene aufzuklären.

Das dynamische Dimer des Chaperons «Trigger factor».

Proteine übernehmen wichtige und vielfältige Aufgaben. Dazu gehören die Weiterleitung von Signalen, die Katalyse von Reaktionen, Synthese und Abbau von Biomolekülen, Stoffwechsel und Membrantransport. Die zugrundeliegenden molekularen Prozesse untersuchen wir auf atomarer Ebene mithilfe der Lösungs-NMR-Spektroskopie und verwandter Techniken.

Funktionsweise von Chaperonen
Bestimmte Helferproteine, sogenannte Chaperone, sorgen dafür, dass andere Proteine die richtige Struktur annehmen. Wir beschreiben die Struktur und Dynamik grosser Chaperon-Protein-Komplexen, um zu verstehen, auf welchen biophysikalischen Gesetzmässigkeiten die Funktion der Chaperone basiert. Kürzlich haben wir entdeckt, dass sich Chaperone im endoplasmatischen Retikulum (ER), der Proteinfabrik in der Zelle, zu tröpfchenartigen Kondensaten zusammenlagern. Dies hat unser Verständnis für die Funktionsweise dieses Zellorganells verändert.

Biogenese von Membranproteinen und neuartige Antibiotika
Proteine in der äusseren Membran von Bakterien werden durch ein Fliessband von Chaperonen hergestellt und gefaltet. Wir untersuchen die zugrundeliegenden Interaktionen, Mechanismen und Faltungsreaktionen auf atomarer Ebene. Dabei interessiert uns besonders der Bam-Proteinkomplex, der Proteine faltet und in die äussere Membran einbaut. Bam ist ein wichtiger Angriffspunkt für neuartige Antibiotika.

Dynamische Kinasen und ihre Wechselwirkungen
Ein weiterer Fokus liegt auf Kinasen. Diese Enzyme steuern wichtige Prozesse in der Zelle. Wir untersuchen, wie in Bakterien Kinasen von bestimmten Botenstoffen kontrolliert werden, und wie der mTOR-Proteinkinase-Komplex mit flexiblen Proteinen interagiert und so das Zellwachstum und die Vermehrung kontrolliert. Die Lösungs-NMR ist die optimale Methode für solche Interaktionsstudien. 

Moderne NMR-Methoden
Parallel zu biologischen Fragestellungen entwickeln wir NMR-Techniken stetig weiter, beispielsweise um die Sensitivität zu erhöhen. Zudem können wir mittels der automatisierten Produktion von Proteinen Datensätze zur Proteindynamik von Hunderten von Proteinen erzeugen.