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Entstehung und Funktion membranloser Organellen

Zellen nutzen nicht nur Membranen um ihren Inhalt zu ordnen, sondern auch Prozesse der Selbstorganisation. Wir untersuchen die Bildung, Regulation und Funktion membranloser Organellen, insbesondere derjenigen die bei der Verarbeitung von RNA-Molekülen eine Rolle spielen.

Alle zellulären Vorgänge sind letzten Endes von einer präzisen Kontrolle der Genexpression abhängig. Dies erfordert unter anderem eine geordnete und effiziente Verarbeitung unterschiedlichster RNA-Moleküle. Bislang ist jedoch nur sehr wenig bekannt wie Zellen diese Vorgänge räumlich und zeitlich koordinieren, und wie dies letztendlich das Schicksal der RNAs beeinflusst.

Phasentrennung und membranlose Organellen
Die Phasentrennung verschiedener Flüssigkeiten ist ein Selbstorganisationprozess bei dem sich bestimmte Proteine und Nukleinsäuren in mikroskopisch teils sichtbaren, dynamischen Kondensaten organisieren, ähnlich wie Öltropfen in Wasser. Viele dieser nicht-membrangebundenen Organellen enthalten RNAs oder stehen in enger Verbindung zu RNA-verarbeitenden Prozessen, so zum Beispiel der Nukleolus, Stress-Granules oder P-Bodies. Obwohl diese Strukturen schon lange beschrieben wurden, weiss man bis heute nur wenig über ihre Entstehung und Funktion, und welchen Einfluss die Bildung von Kondensaten auf biochemische Prozesse wie die RNA-Verarbeitung hat.

Enzymfamilie als zentrale Steuereinheit
Wir haben herausgefunden, dass die Proteinfamilie der DEAD-Box ATPasen den Auf- und Abbau vieler RNA-haltiger membranloser Organellen kontrolliert, von Bakterien bis hin zu menschlichen Zellen. Diese Enzyme steuern sowohl die Bildung und Dynamik der Kondensate, als auch die Anreicherung von RNA-Molekülen in diesen Kompartimenten. Mithilfe von biochemischen Rekonstitutionen, biophysikalischen Messungen, genetischen Screens und Mikroskopie wollen wir herausfinden welche DEAD-Box ATPasen welche membranlosen Organellen kontrollieren, und deren Funktion besser charakterisieren.

Steuerung der RNA-Verarbeitung
Boten-RNAs wandern vom Zellkern, dem Ort der Transkription, ins Zellplasma, wo sie in Proteine übersetzt und letztendlich abgebaut werden. Viele dieser Verarbeitungsschritte finden in membranlosen Organellen statt oder sind in irgendeiner Weise mit ihnen verbunden. Wir wollen untersuchen, wie diese Kompartimente den Fluss von RNAs in der Zelle räumlich und zeitlich steuern und ob sie einen Einfluss darauf haben, wie effizient eine RNA verarbeitet wird.