Beschreibung
- Das Leben hängt von der Fähigkeit ab, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Dazu verfügen Organismen über ausgeklügelte Mechanismen zur zeitlichen und räumlichen Regulierung von Proteinfunktionen. Die Entschlüsselung der Mechanismen, die diese funktionelle Plastizität biologischer Prozesse auf molekularer Ebene steuern, steht im Mittelpunkt der biologischen Grundlagenforschung und des Verständnisses von Krankheiten. Die komplexen Membrannetzwerke haben eine grundlegende Funktion bei der räumlichen Organisation von Stoffwechselwegen und anderen zellulären Prozessen. Dabei definieren Zusammensetzung und die kollektiven Eigenschaften der Lipide die Identität von Organellen. Organellenspezifische Membraneigenschaften steuern die Funktionen der Membranproteine über eng miteinander verknüpfte mechanistische Prinzipien. Dazu gehören (i) die spezifischen Wechselwirkungen mit Membranlipiden, (ii) die Auswirkungen der Dicke der Doppelschicht und der Lipidpackung auf die strukturelle Organisation der Membranen und (iii) das Zusammenspiel von Proteinen und Lipiden für Eigenschaften und Form der Membranoberfläche. Die spezifischen regulatorischen Funktionen der Membranen werden außerdem durch die laterale Segregation von Membranbestandteilen und durch die Krümmung der Membran kontrolliert. Darüber hinaus segregieren Membranproteine und Lipide an Kontaktstellen, die zwischen verschiedenen Organellen oder zwischen Krankheitserregern und Wirtsorganellen während einer Infektion entstehen. Eine solche räumliche Organisation von Membranbestandteilen findet während verschiedener Phasen des Zellwachstums oder als Reaktion auf Stressfaktoren oder Ernährungsänderungen statt. Unsere Forschungsinitiative zielt darauf ab, herauszufinden, wie die Systemeigenschaften von Membranen die Plastizität der Funktionen von Membranproteinen steuern und wie funktionsrelevante Membraneigenschaften als Reaktion auf verschiedene Umweltfaktoren erhalten und angepasst werden. Wir wollen die Mechanismen aufklären, die einer solchen funktionellen Plastizität an Membranen in verschiedenen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen zugrunde liegen. Uns interessiert, wie funktionelle Plastizität auf allen Ebenen durch zelluläre Membrannetzwerke kodiert wird. Wir werden Lipidwerkzeuge und biomolekulare Massenspektrometrie entwickeln, um die Protein- und Lipidlandschaften auf (sub)organellarer Ebene zu kartieren, Licht- und Elektronenmikroskopie einsetzen, um die Organisation und Dynamik von Membrannetzwerken aufzulösen, und strukturbiologische Ansätze anwenden, um die Funktion und Plastizität von Membranproteinen in ihrer natürlichen Lipidumgebung aufzuklären. Unsere Projekte werden Einblicke in die physiologische Anpassung von Membraneigenschaften und deren Dysregulation bei Krankheiten geben, die durch Defekte im Lipidstoffwechsel, im Zusammenbau, im Targeting oder in der Funktion von Membranproteinen oder durch mikrobielle Infektionen verursacht werden.