Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

Forschende haben ein Gen identifiziert, das der Bauchspeicheldrüse hilft, durch Insulinausschüttung auf Glukose zu reagieren

Anthony Hyman und Clifford Brangwynne erhalten den weltweit am höchsten dotierten Wissenschaftspreis, den 2023 Breakthrough-Preis in Life Sciences

Der Leiter der Transgenic Core Facility des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik erhält die Auszeichnung für eine Methode zur Reduzierung von Versuchstieren

Der Zellkortex wird kontrolliert durch Tausende von schnelllebigen Proteinkondensaten aktiviert

Durch die Veränderung einer einzigen Aminosäure ist die Gehirnevolution anders verlaufen

Jahrzehntelang interessierte sich niemand für die Bläschen, die Biologinnen und Biologen bei der Beobachtung von Zellen unter dem Mikroskop beobachteten. Cliff Brangwynne und Anthony Hyman vom Dresdner Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik gehören zu den ersten Forschern, die diese rätselhaften Phänomene näher untersuchten.

Symmetrie in der Natur hat Künstler und Architekten zu allen Zeiten inspiriert. Kein Wunder, gilt sie doch als Inbegriff für Schönheit. Das Erfolgsmodell schlechthin ist dabei die Spiegelsymmetrie.

Viele Biomoleküle bewegen sich wie kleine Maschinen durch die Zelle. Welche Kräfte diese Moleküle erzeugen, wie schnell sie arbeiten oder sich bewegen, weiß man oft noch nicht. Stephan Grill vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden hat sich deshalb aufs Kräftemessen mit Molekülen spezialisiert. Er nutzt optische Pinzetten, um an DNA-Strängen zu ziehen und Proteine zu untersuchen, die die Erbinformation ablesen.

Eine Biologievorlesung hat Eugene W. Myers nie besucht. Trotzdem hat er auf diesem Gebiet Karriere gemacht und mit einem Computerprogramm maßgeblich zur Entschlüsselung des menschlichen Erbguts beigetragen. Seit Kurzem ist der Bioinformatiker Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und am Zentrum für Systembiologie in Dresden.

Unsere Arbeitsgruppe am MPI-CBG beschäftigt sich mit der Geweberegeneration. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Cambridge haben wir herausgefunden, dass ein regulierender Zelltyp, die mesenchymalen Zellen, die Regeneration der Leber aktivieren oder stoppen kann. Dies geschieht über die Anzahl der Kontakte mit den regenerierenden Zellen (Epithelzellen). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fehler im Regenerationsprozess, die zu Erkrankungen führen können, durch eine fehlerhafte Anzahl von Kontakten zwischen beiden Zelltypen verursacht werden.

Ziel unserer Arbeit ist es, zelluläre Prozesse mittels synthetisch gebauter Systeme zu rekonstruieren. Gemeinsam mit dem MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) entwickelten wir eine minimal komplexe synthetische Zelle, die im Vergleich zur biologischen Zelle ein einfacheres System darstellt. Dieses regulierbare synthetische System eröffnet neue und spannende Möglichkeiten, um grundlegende Fragen zur Koordination komplexer biologischer Prozesse zu beantworten.

Eine zentrale Frage der Genetik und Evolutionsbiologie ist: Welche Unterschiede im Genom führen zu charakteristischen Merkmalen bestimmter Spezies? Dazu entwickelt unsere Forschungsgruppe computerbasierte Methoden, um in vergleichenden Analysen funktionale Unterschiede in Genomen aufzuspüren. Wie jüngste Ergebnisse zeigen, kann der Verlust von Genen während der Evolution manchmal von Vorteil sein. Unsere Untersuchungen tragen dazu bei, besser zu verstehen, wie die große Vielfalt der Natur im Laufe der Evolution entstehen konnte.

Damit unterschiedliche Reaktionen ungestört voneinander ablaufen können, braucht eine Zelle räumlich getrennte Reaktionsbereiche. Das geht auch ohne Biomembran: in Kondensaten können Proteine und RNAs durch eine Phasentrennung angereichert werden und ihre verschiedenen Funktionen erfüllen. Die Mechanismen dieser Phasentrennung bergen den Schlüssel zu einigen der größten offenen Fragen der Biologie und ebnen den Weg für eine revolutionäre Entwicklung in der Zellphysik. Wir haben eine molekulare Grammatik entschlüsselt, die der Phasentrennung einiger Proteine zugrundeliegt.

Ein neu entwickeltes 3D-Modell der Leber kann dazu beitragen, Erkrankungen der Leber besser zu verstehen. Das Modell ermöglicht Vorhersagen der Auswirkungen von Medikamenten und damit verbundene Schädigungen des Organs.  Eine wichtige Grundlage hierfür ist die Simulation des Gallenflusses. Dazu wurde der Gallentransport in der Mausleber gemessen. Mit Hilfe von Rechenmodellen wurde ein Mehrskalen-Modell des Gallenflusses erstellt. Die Forscher arbeiten nun an einer Strategie, um das Modell auf die menschliche Leber zu übertragen.