Integrative Strukturbiologie mit NMR Spektroskopie

Wir setzen die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) in Kombination mit weiteren biophysikalischen Methoden ein, um die Struktur, Dynamik und Funktion von Proteinen und ihrer Komplexe mit atomarer Auflösung zu untersuchen.

Das dynamische Dimer des Chaperons «Trigger factor».

Proteine erfüllen essenzielle biologische Funktionen, darunter die Signalübertragung, Katalyse, zelluläre Homöostase, den Stoffwechsel und Membrantransport. Wir charakterisieren die zugrunde liegenden mechanistischen Prozesse auf atomarer Ebene mithilfe der Lösungs-NMR-Spektroskopie und verwandter Techniken.

Prinzipien der Chaperon-Funktion
Molekulare Chaperone sind Helferproteine, die die korrekte Bildung anderer Proteine – ihrer Klienten – in der Zelle sicherstellen. Wir beschreiben die Struktur und Dynamik von Chaperon-Klient-Komplexen mit atomarer Auflösung, um die biophysikalischen Gesetzmässigkeiten aufzudecken, die der Chaperon-Funktion zugrunde liegen. Unsere jüngste Entdeckung grosser Chaperon-Kondensate hat unser Verständnis des endoplasmatischen Retikulums grundlegend verändert.

Biogenese äusserer Membranproteine und neuartige Antibiotika
Proteine in der äusseren Membran von Bakterien werden durch ein molekulares Fliessband von Chaperonen hergestellt. Wir untersuchen die zugrunde liegenden Interaktionen, Mechanismen und Faltungsreaktionen auf atomarer Ebene. Von besonderem Interesse ist die riesige Insertase BAM, die Proteine faltet und in die äussere Zellmembran einbaut. BAM ist ein äusserst wichtiges Angriffsziel für die Entwicklung neuartiger Antibiotika.

Dynamische Kinasen und Kinase-Interaktionen
Kinasen steuern zentrale zelluläre Funktionen. Wir untersuchen, wie bakterielle Kinasen durch Second Messenger reguliert werden und wie in Säugetieren der TOR-Komplex mit dynamischen Substratproteinen interagiert, um das Zellwachstum und die Zellteilung zu kontrollieren. Diese Interaktionsstudien zwischen flexiblen Substraten und riesigen Kinase-Komplexen profitieren in besonderem Masse von der Leistungsfähigkeit der Lösungs-NMR-Spektroskopie.

Fortgeschrittene NMR-Methoden
Seit ihrer Einführung in die Biologie wird die biomolekulare NMR-Spektroskopie kontinuierlich weiterentwickelt. Wir entwickeln die laserinduzierte Spin-Hyperpolarisierung (photo-CIDNP), um die spektrale Sensitivität zu erhöhen. Mittels der automatisierten Produktion von Proteinen (NMR-APP) können wir Datensätze zur Proteindynamik mit Hunderten von Proteinen und darüber hinaus zu erzeugen.