Max-Planck-Arbeitsgruppen für strukturelle Molekularbiologie am DESY

Max-Planck-Arbeitsgruppen für strukturelle Molekularbiologie am DESY

Proteine sind zu dreidimensionalen Strukturen gefaltet und verändern im Verlauf biologischer Reaktionen dynamisch ihre räumliche Anordnung. In den Max-Planck-Arbeitsgruppen für strukturelle Molekularbiologie in Hamburg werden die Struktur-Funktionsbeziehungen von Proteinen, Multiproteinsystemen und Proteinfasern des Zytoskeletts (Mikrotubuli) in atomarem Detail untersucht. Dabei kommen Verfahren der Röntgenkristallstrukturanalyse zum Einsatz, die hochintensive Synchrotronstrahlungsquellen am Deutschen Elektronensynchrotron (DESY) nutzen. So wollen die Wissenschaftler unter anderem die Rolle aufklären, die das Tau-Protein bei der Ausbildung der Alzheimer-Krankheit spielt. Sie untersuchen Proteine aus dem Tuberkulose-Bakterium, um Ansatzpunkte für Wirkstoffe gegen die Krankheit zu finden. Ein Großteil der Forschungsarbeit von Ada Yonath, Chemie-Nobelpreisträgerin 2009, fand an diesem Institut statt, an dem sie die Struktur von Ribosomen, den Eiweißfabriken der Zellen, entschlüsselte und so die gezielte Suche nach neuartigen Antibiotika ermöglichte.

Die Max-Planck-Arbeitsgruppen für strukturelle Molekularbiologie am DESY wurden zum 31. Juli 2011 geschlossen.

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Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat keine International Max Planck Research School (IMPRS).

Es gibt jedoch die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

<strong>Alzheimer – molekulares Ventil lenkt Tau-Protein in die richtigen Bahnen</strong>
Forscher entdecken neuen Mechanismus, der für die korrekte Verteilung des Proteins in der Nervenzelle sorgt mehr
Alzheimer: Protein-Klumpen im Gehirn
Experimente mit genetisch veränderten Mäusen lassen hoffen: Der Gedächtnisverlust bei Alzheimer kann unter bestimmten Umständen rückgängig gemacht werden mehr
<strong>Alzheimer-Mäuse: Gedächtnisverlust durch Tau-Proteine ist umkehrbar</strong>
Max-Planck-Studie macht Hoffnung auf wirksame Therapien mehr
Hohe Auszeichnung für zwei Alzheimer-Forscher
Eckhard und Eva-Maria Mandelkow erhalten den "MetLife Foundation Award for Medical Research" 2009 mehr
Doppelt hält besser - auch bei der Wirkung von Antibiotika
Hamburger Max-Planck-Wissenschaftlern ist es gelungen, die Wirkungsweise von Zwei-Komponenten-Antibiotika im Ribosom bakterieller Erreger detailliert aufzuklären mehr
Bei Alzheimer-Forschung denkt man nicht unbedingt an Teilchenbeschleuniger. Das Deutsche Elektronen-Synchrotron in Hamburg, kurz DESY, hat Eva-Maria und Eckhard Mandelkow von der Max-Planck-Arbeitsgruppe für strukturelle Molekularbiologie jedoch unschätzbare Dienste erwiesen. Sie beleuchten damit im wahrsten Sinne des Wortes die Wege, die in das große Vergessen führen. Ihre Forschungsergebnisse machen Hoffnung auf wirksame Therapien.
Je älter die Menschen werden, desto wahrscheinlicher leiden sie an der Alzheimer’schen Krankheit, bei der sich im Gehirn Proteine ablagern und Nervenzellen verschwinden. Die Mechanismen dahinter zu verstehen liefert Ansätze für Therapien.

Reversible Tau-Pathologie in Mäusen

2011 Mandelkow, Eckhard
Medizin Neurobiologie Strukturbiologie
Mikrotubuli sind Proteinfasern, die für die Form, die Bewegung und die Teilung der Zellen eine große Rolle spielen. Bei der Alzheimer-Krankheit bildet das normalerweise an Mikrotubuli gebundene Tau-Protein charakteristische Ablagerungen in den Nervenzellen. Transgene Zell- und Mausmodelle zeigten, dass der Verlust an Synapsen und das Absterben der Nervenzellen bei der Alzheimer-Krankheit mit der Aggregation von Tau zusammenhängt. Die damit verbundene Beeinträchtigung der Lernfähigkeit bei Mäusen kann durch Unterbinden der Tau-Aggregation wieder rückgängig gemacht werden. mehr
Das Bodenbakterium Arthrobacter nicotinovorans „ernährt“ sich von Nikotin. Der Abbau von L-Nikotin und D-Nikotin erfolgt durch zwei genetisch nicht verwandte Flavoenzyme, 6HLNO und 6HDNO. Ihre Kristallstrukturen bieten eine Erklärung für die Stereospezifizität der Enzymkatalyse. 6HLNO zeigt in Struktur und Funktionsweise enge Verwandtschaft zu humanen Monoaminoxidasen (MAO), die eine zentrale Rolle beim Abbau von Neurotransmittern spielen. Die Strukturanalyse von 6HLNO-Reaktionsintermediaten und des Inhibitionsmechanismus erweitert die Grundlagen für eine mögliche Entwicklung neuer MAO-Wirkstoffe. mehr

Zytoskelett: Architektur und Bewegung der Zelle

2009 Mandelkow, Eckhard
Medizin Neurobiologie Strukturbiologie
Die Abteilung „Zytoskelett“ der Max-Planck-Arbeitsgruppen in Hamburg befasst sich mit den Proteinfasern der Zelle, speziell den Mikrotubuli und Motorproteinen, die für die Zellbewegung, Zellteilung und Differenzierung wichtig sind. Von besonderer Bedeutung ist das Tau-Protein, das bei der Alzheimerkrankheit in den Nervenzellen die pathologischen „Neurofibrillen-Bündel“ bildet. Neuere transgene Zell- und Mausmodelle der Tau-Pathologie zeigen, dass das Absterben der Synapsen und Neuronen in der Alzheimerkrankheit eng mit der Aggregation des Tau-Proteins zusammenhängt und reversibel ist. mehr
Die Gefährdung durch Tuberkuloseerkrankungen nimmt aufgrund zunehmender Resistenzen gegen die Standardmedikamente stark zu. Darüber hinaus weiß man noch sehr wenig über die Mechanismen, mit denen Mycobacterium tuberculosis der Immunabwehr über lange Zeiträume in latenten Zuständen widerstehen und sich dann reaktivieren kann. Die Identifizierung von Genen, die für die Virulenz und das Überleben des Pathogens essentiell sind, die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur der von ihnen kodierten Proteine sowie Untersuchungen von Wechselwirkungen mit Liganden schaffen eine wichtige Grundlage für eine mögliche gezielte Entwicklung neuer Wirkstoffe. Ein derartiger Strukturgenomik-Ansatz wurde im Zusammenwirken mehrerer Gruppen auf insgesamt etwa 200 Targetproteine angewandt. mehr

Zytoskelett: Architektur und Bewegung der Zelle

2007 Mandelkow, Eckhard
Medizin Neurobiologie
Die „Max-Planck-Arbeitsgruppen für strukturelle Molekularbiologie“ in Hamburg beschäftigen sich mit der Struktur und Funktion von Biomolekülen, speziell mit der Anwendung der Synchrotronstrahlung auf die Strukturaufklärung von Proteinen, die von medizinischem Interesse sind. Die Arbeitsgruppe „Zytoskelett“ befasst sich mit den Proteinfasern der Zelle, vor allem den Mikrotubuli und Motorproteinen, die für die Zellbewegung, Zellteilung und Differenzierung wichtig sind. Von besonderer Bedeutung ist das Tau-Protein, das bei der Alzheimer-Krankheit in den Nervenzellen pathologische Aggregate bildet. Neuere Untersuchungen deuten auf eine Verflechtung der Funktionen des Tau-Proteins mit dem zellulären Transport hin, was für die Entstehung der Alzheimer-Erkrankung eine Rolle spielen könnte. mehr
Die Funktion von Proteinen ist durch ihre Faltung zu dreidimensionalen Strukturen und durch dynamische Änderungen ihrer Konformation im Verlauf biologischer Reaktionen bestimmt. Diese Struktur-Funktionsbeziehungen können inzwischen selbst bei Multiproteinsystemen hoher Komplexität in atomarem Detail untersucht werden. Dabei kommen Verfahren der Röntgenkristallstrukturanalyse unter Nutzung hochintensiver Synchrotronstrahlungsquellen zum Einsatz, die in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt wurden und genomweite Anwendungen ermöglichen. Durch den Bau von Freien-Elektronen-Lasern (FEL) beim DESY werden darüber hinaus völlig neuartige Anwendungsbereiche der biologischen Strukturforschung erschlossen. Der vor kurzem beim DESY in Betrieb genommene VUV-FEL ermöglicht Raman-Spektroskopie im Vakuum-UV-Bereich auf Zeitskalen von Femtosekunden. Im Bereich harter Röntgenstrahlung schafft der geplante Bau eines Röntgenlasers (X-FEL) beim DESY die experimentellen Voraussetzungen für Strukturanalysen transienter Zustände im Pico- und Femtosekundenbereich, für den kombinierten Einsatz von Mößbauereffekt und Beugung zur Lösung hochkomplexer Strukturen und gleichzeitigen Analyse dynamischer Prozesse sowie für die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur nichtkristalliner Materie und einzelner (Virus-)Partikel. mehr

Zytoskelett: Architektur und Bewegung der Zelle

2005 Mandelkow, Eckhard
Medizin Neurobiologie
Die Max-Planck-Gruppe „Zytoskelett“ am DESY in Hamburg befasst sich mit den Proteinfasern der Zelle, speziell den Mikrotubuli und Motorproteinen, die für die Zellbewegung, Zellteilung und Differenzierung wichtig sind. Von besonderer Bedeutung ist hier das Tau-Protein, das bei der Alzheimer-Krankheit in den Nervenzellen aggregiert und ein Merkmal für ihre Degeneration darstellt. Neuere Untersuchungen deuten auf eine Verflechtung der Funktionen des Tau-Proteins mit dem zellulären Transport hin, was für die Entstehung der Alzheimer-Erkrankung wichtig sein könnte. mehr

Struktur der Ribosomen

2004 Schlünzen, Frank; Harms, Jörg M.; Yonath, Ada
Strukturbiologie Zellbiologie
Die Interpretation des genetischen Codes und die entsprechende Produktion funktioneller Proteine ist die primäre Aufgabe der Ribosomen. Kristallographische Untersuchungen bestimmen die spezifischen Wechselwirkungen zwischen den Substraten und dem Ribosom. Sie zeigen, dass Ribosomen nicht aktiv die Bildung der Peptidbindung katalysieren, sondern durch eine präzise Positionierung der Substrate eine thermodynamisch günstige Reaktion beschleunigen. Wesentlich für diesen Mechanismus ist die interne Symmetrie des katalytischen Zentrums, die präzise die Symmetrie der Substrate reflektiert. Seine Universalität macht das Ribosom gleichzeitig zu einem bevorzugten Angriffspunkt eines weiten Spektrums verschiedener Antibiotika. Jene Antibiotika, die die große ribosomale Untereinheit angreifen, binden fast ohne Ausnahme in derselben Region: direkt im katalytischen Zentrum oder am Eingang des ribosomalen Tunnels, durch den alle produzierten Polypeptidketten hindurch geleitet werden. Die neuesten Untersuchungen solcher Ribosom-Antibiotika-Komplexe befassen sich mit einer außerordentlich wirksamen Kombination zweier Streptogramine, die auf synergistische Weise beide neuralgischen Punkte angreifen und eine stabile Veränderung des Ribosoms verursachen. Die Untersuchungen der spezifischen Wechselwirkungen zwischen Antibiotika und Ribosomen unterstützen und beschleunigen die Entwicklung dringend benötigter, neuer Wirkstoffe. mehr
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