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

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JosÉ faralDo-GÓmeZ
José D. Faraldo-Gómez, geboren 1973
in Madrid, studierte Physik in seiner
Heimatstadt und legte dort 1999 sein
Diplom ab. Unterstützt vom British
Council, der La Caixa Stiftung und dem
Engineering and Physical Sciences Research
Council (EPSRC) ging er danach
zum Laboratory of Molecular Biophysics
an der Universität Oxford, wo er unter
Leitung von Mark Samson seine Doktorarbeit
anfertigte. Nach seiner Promotion
im Jahr 2002 ging er in die USA, zunächst
zu Benoit Roux am Weill Medical
College an der Cornell Universität in
New York und danach an die Universität
von Chicago. Seit seiner Doktorarbeit
erforscht er Membranproteine mit Hillfe
computergestützter Methoden, später
kam die Erforschung von Signalenzymen
hinzu. Seit November 2007 leitet José
Faraldo-Gómez die Nachwuchsgruppe
»Theoretische Molekulare Biophysik«
am Max-Planck-Institut für Biophysik
in Frankfurt. In seiner Freizeit liest er
gerne den New Yorker. Sein größtes
Hobby ist Segeln, dafür bleibt jedoch
selten Zeit.
tHeoretIsCHe BIopHysIK unD ComputerGestÜtZte
moleKulare sImulatIonsmetHoDen
DynaMiSCHe atoMe
unsere forschungsarbeit konzentriert
sich darauf, die molekularen mechanismen
besser zu verstehen, mit denen proteine
ihre biologische funktion ausüben.
Wir befassen uns sowohl mit einzelnen proteinen
als auch mit größeren makromolekularen
einheiten. Die untersuchten prozesse
reichen von ligandenbindung bis zu Konformationsänderungen.
unser ansatz ist
vorwiegend computergestützt, physikalisch
und strukturorientiert. mit neuesten computergestützten
simulationsmethoden untersuchen
wir die Dynamik und energetik
bedeutender biomolekularer systeme.
Die funktionsweise von membranproteinen
ist eng mit ihren Wechselwirkungen
mit Ionen und kleinen molekülen gekoppelt,
die zum teil durch die membran hindurch
transportiert werden. Dadurch wird
ihre biologische funktion reguliert und sie
werden mit energie versorgt. In vielen fällen
versteht man diese Wechselwirkungen
jedoch noch nicht auf molekularer ebene.
Bestimmte Zellen unseres Immunsystems
können auf ihrer oberfläche proteinfragmente
oder lipide fremder organismen
in die Phospholipidmembran
eingebettetes molekulares Modell
des protonengetriebenen rotors
einer atP-Synthase. Das Modell
beinhaltet ca. 100.000 atome.
wir verwenden solche Modelle
zusammen mit den neuesten
Simulationsmethoden, um einblick
in die molekularen funktionsweisen
von Proteinen zu bekommen,
die eine besonders wichtige rolle
in verschiedenen biologischen
Prozessen spielen. Die atP-
Synthase zum beispiel ist die
wichtigste Quelle von atP in allen
lebensformen. ihr rotor treibt die
Katalyse von atP an mit Hilfe des
elektrochemischen ionengefälles
der Membran.
abbilden, zum Beispiel von Bakterien oder
Viren. Daraufhin wird eine Immunreaktion
eingeleitet. an der Bildung der so genannten
immunologischen synapse sowie am
anschließenden signalübertragungsprozess
sind viele verschiedene proteine beteiligt,
etwa antigen-Bindungsproteine, membranrezeptoren,
Gerüstproteine, tyrosin-Kinasen
oder sogar Ionenkanäle.
eine markante eigenschaft des proteoms
höherer organismen ist seine modularität.
sie ermöglicht einen hohen Grad an flexibilität
und regulation der proteinfunktion.
modulare proteine und makromolekulare
Komplexe sind nicht statisch, sondern oft
höchst dynamisch. Ihre Vielseitigkeit entsteht
wahrscheinlich zum teil durch ihre
fähigkeit, sich selbst zu organisieren, um
sich dadurch ihrer speziellen funktion optimal
anzupassen. Die entstehung und funktionale
Bedeutung dieser selbstorganisation
sind daher ein wichtiger forschungsbereich
auf dem Gebiet der proteindynamik.
festKÖrper-nmr an memBranproteInen
Stoff-rauSwurf
mittelpunkt unserer forschungsarbeiten
sind struktur-funktionsstudien
an membranproteinen, die an der Weiterleitung
von Wirkstoffen, Ionen oder signalen
durch die Zellmembran beteiligt sind.
Dies sind zum Beispiel aBC- und sekundäre
multidrugtransportproteine. sie können
eine Vielzahl toxischer substanzen aus der
Zelle transportieren. Deshalb sind vor allem
diese proteine für die zunehmende antibiotikaresistenz
vieler Bakterien verantwortlich.
Ziel unserer forschung ist es, die molekulare
Basis der substraterkennung und des
transportes aufzuklären.
ein weiteres forschungsthema ist der protonentransfer
mit Hilfe von membranproteinen,
die als lichtgetriebene pumpen fungieren.
ein solches protein, proteorhodopsin
(pr), hat man bei organismen gefunden, die
in den oberen schichten der Weltmeere leben.
Das von ihm erzeugte elektrochemische
potential könnte eine wichtige energiequel-
le dieser organismen sein. Wir wollen die
molekularen Details des pumpmechanismus
und der anpassung dieser proteine an ihre
umgebung aufklären.
neben dem stofftransport ist auch die signalweiterleitung
eine wichtige funktion
von membranproteinen. Insbesondere Gprotein
gekoppelte rezeptoren (GpCrs) sind
für eine Vielzahl physiologischer Vorgänge
wie signaltransduktion, regelung der Hormonaktivität
oder Zell-Zell-Kommunikation
verantwortlich. Wir arbeiten an möglichkeiten,
um strukturinformationen von diesen
GpCrs zu erhalten. Die festkörper-nmr als
strukturbiologische methode ist ein noch
relativ junges Verfahren und erfordert besondere
neue techniken, vor allem zur signalverstärkung,
wie etwa Dynamic Nuclear
Polarisation (Dnp). ein Dnp-spektrometer
konnte kürzlich mit unterstützung des Cef
in unserem labor aufgebaut werden.
Clemens GlauBItZ
Clemens Glaubitz hat nach dem Physikstudium
in Leipzig an der University
of Oxford als Rhodes-Stipendiat in
Biophysikalischer Chemie promoviert
(1998). Nach Postdoc-Aufenthalten
in Oxford und Stockholm war er als
Emmy-Noether-Nachwuchsgruppenleiter
am Leibniz-Institut für Molekulare
Pharmakologie in Berlin. Seit 2002
ist er Professor für Biophysikalische
Chemie an der Frankfurter Goethe-Universität,
seit 2006 Direktor des Biomolekularen
Magnetresonanz-Zentrums
(BMRZ) und seit 2008 Studiendekan
des Fachbereichs Biochemie, Chemie
und Pharmazie. Clemens Glaubitz ist
verheiratet und hat eine Tochter.
Struktur des neuropeptides bradykinin,
die es im Komplex mit dem
humanen bradykinin-2-rezeptor
annimmt, auf das es als agonist
wirkt (links). angeregt durch das
Hormon durchläuft der rezeptor
verschiedene Konformationsänderungen,
um das g-Protein zu
aktivieren. Die Struktur wurde mittels
festkörper-nMr bestimmt und
stellt die erste derartige Studie an
einem humanen gPCr dar.
eine wesentliche empfindlichkeitssteigerung
wird durch DnP erzielt,
wobei Magnetisierung von elektronen
in stabilen radikalen auf die
Kerne im Protein übertragen wird.
unser DnP-Spektrometer (rechts)
arbeitet bei einer 1 H-frequenz von
393 MHz und einer elektronenfrequenz
von 258 gHz. eine bis
zu 60-fache Signalverstärkung
konnte an Membranproteinen
erzielt werden.