Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences (FMLS) - CEF-MC

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paola fuCInI
1970 in Turin, Italien geboren,
studierte Paola Fucini in ihrer Heimatstadt
Biologie und ging dann zur
Promotion nach München. Von dort
aus führte sie ihr wissenschaftlicher
Weg nach England, wo sie zunächst
in Oxford und später in Cambridge
forschte, bevor sie 2002 nach
Deutschland ans Max-Planck-Institut
für Molekulare Genetik in Berlin
zurückkehrte. Von dort aus nahm
sie 2007 den Ruf auf die Assistenzprofessur
an der Goethe-Universität
Frankfurt an. Die Familie gibt der
dreifachen Mutter den größten
Rückhalt, und es ist ihr eine Freude,
die Kinder beim Heranwachsen zu
erleben. Fucini hat viele Interessen
und Hobbies wie zum Beispiel Volleyball
spielen, Judo, Lesen von Science
Fiction und Philosophie. Neben ihrer
beruflichen Tätigkeit ist ihre Freizeit
jedoch sehr knapp bemessen, so
dass sie diese am liebsten mit ihrer
Familie verbringt.
struKturanalyse Des rIBosoms
Die ProteinfabriK verSteHen
Was eine Zelle ist und wie sie auf ihre
umgebung reagiert, wird größtenteils
von proteinen bestimmt. Die fähigkeit, ein
funktionales protein zu synthetisieren, ist
daher entscheidend für die eigene existenz.
In allen lebenden Zellen findet die proteinsynthese
am ribosom statt, einem makromolekularen
Komplex. Deshalb ist dieser
translationsapparat eines der wichtigsten
Ziele für antibiotika. mit Hilfe röntgenkristallographischer
sowie kryo-elektronenmikroskopischer-
und nmr-untersuchungen
wollen wir verstehen, wie die verschiedenen
Komponenten des translationsapparates
miteinander agieren, um den translationszyklus
zu steuern.
Dazu untersuchen wir translationsfaktoren,
die an den grundlegenden schritten
der proteinsynthese beteiligt sind. Hierzu
gehört die aufklärung des Bindungs-modus
und der funktion des elongations-faktors
G. Dieser faktor steuert die Bewegung
des ribosoms auf der mrna, so dass bei
jedem schritt des elongations-Zyklus der
anschluss einer neuen aminosäure an die
wachsende polypeptidkette möglich ist.
Diese studien werden ergänzt durch die
Kotranslationale Proteinfaltung: Strukturmodel
eines in der arbeitsgruppe
fucini untersuchten ribosomenkomplexes.
ribosomen, orte der Proteinsynthese,
sind makromolekulare Komplexe
aus Proteinen und ribonukleinsäuren
(rna), bestehend aus der großen (grün)
und kleinen (cyan) untereinheit. Die
während der Synthese wachsende (naszierende)
Polypeptidekette (gelb) wird
durch t-rna (hellbraun) am ribosom
zurückgehalten und durch einen tunnel
in der großen untereinheit vor Proteasen
geschützt. unmittelbar nach deren
austritt wird das naszierende Polypeptid
bei dessen faltung durch translationale
faktoren, wie den trigger-faktor (rosa),
unterstützt.
strukturelle analyse des faktors lepa, der
in der lage ist, die translokation von ribosomen,
die in unnormaler Konformation
blockiert sind, rückgängig zu machen. Von
großem Interesse ist für uns auch die steuerung
der Biogenese des ribosoms, denn bei
diesem heiklen schritt müssen mehr als 55
proteine und drei nukleinsäure-stränge,
bestehend aus mehr als 4500 nukleotiden,
zusammengeführt werden.
Die struktur verschiedener antibiotikaribosom-Komplexe
ist ein weiterer schwerpunkt
unserer arbeit. Wir wollen verstehen,
wie diese kleinen liganden die tätigkeit eines
so großen makromolekularen Komplexes
vollständig unterbinden können. Zwei
der untersuchten Inhibitoren, thiostrepton
und micrococcin, gehören zur gleichen antibiotika-Klasse
und binden in der gleichen
umgebung am ribosom. Interessanterweise
blockieren sie es jedoch in zwei unterschiedlichen
Konformationen, die einem
schritt beim an- und ausschalten der proteinsynthese
entsprechen.
unsere größte Herausforderung sind jedoch
fragen, die sich auf die faltung der
entstehenden polypeptidkette beziehen.
synthetisiert im Kern des ribosoms, hat die
frisch entstandene polypeptidkette einen
langen Weg von etwa 100 angström durch
den so genannten ribosomalen tunnel vor
sich, um an die außenseite des ribosoms zu
gelangen. Diese passage ist ein sehr dynamischer
und stark »personalisierter« Vorgang,
in dem eine kontinuierliche Kommunikation
zwischen dem ribosom und der polypeptidkette
besteht. Das ribosom scheint in
der lage zu sein, das protein, das es synthetisiert,
zu erkennen und entsprechend die
Geschwindigkeit der translation zu regeln
und dessen korrekte abschottung zu organisieren.
Wir versuchen, die polypeptidkette
während der translation am ribosom detailliert
strukturell zu beschreiben und so
die kotranslationale faltung, die Wechselwirkung
mit dem ribosom sowie den mechanismus,
mit dem diese Interaktionen die
proteinbiosynthese regeln, aufzuklären.
Die ergebnisse unserer arbeiten tragen
dazu bei, die Grundlage für die entwicklung
neuer antibiotika zu schaffen sowie für die
Behandlung von Krankheiten, die auf protein-fehlfaltung
basieren.
Kristalliner Komplex der
ribosomalen untereinheit
von Deinococcus radiodurans
mit dem antibiotikum
thiostrepton.