FRS-13014_Systembiologie_8_2014

ei Lungenkrebs. Über HepatoSys und das aktuelle Förderprogramm
Virtual Liver Network kam sie zudem zurück zur Leber,
die sie schon in ihrer Zeit als Doktorandin interessierte. Diese
Forschungsfelder, die sie auch zusammen mit der Arbeitsgruppe
von Jens Timmer bearbeitet, erscheinen recht unterschiedlich –
doch die Systembiologin betont, dass die Bereiche sehr voneinander
profitieren. „Das Grundprinzip, also die Signalweitergabe
von einem Zelloberflächenrezeptor bis in den Zellkern, ist allen
Projekten gemein. Wir untersuchen die verschiedenen Strategien,
wie Zellen in unterschiedlichen Kontexten diese Aufgabe
gelöst haben“, erklärt Ursula Klingmüller.
Interdisziplinäre Forschung auf Distanz
Jens Timmer ist heute Professor für Theoretische Physik an der
Universität Freiburg und leitet die Abteilung „Datenanalyse und
Modellierung Dynamischer Prozesse in den Lebenswissenschaften“.
Ursula Klingmüller zog es 2003 zurück nach Heidelberg.
Am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) leitet sie die
Abteilung „Systembiologie der Signaltransduktion“, und koordiniert
als Professorin für Systembiologie gemeinsam mit Ursula
Kummer den Masterstudiengang „Major Systems Biology“. Zwischen
beiden Arbeitsgruppen besteht ein reger Austausch. Beim
jährlichen Studentenpraktikum in Heidelberg dürfen stets auch
Modellierer aus Jens Timmers Gruppe Gele gießen und die Pipette
schwingen, während sich die Experimentatoren aus der Klingmüller-
Gruppe in Freiburg an den Computer setzen. Trotzdem ist die
Distanz das größte Handicap. „Wenn wir in einer Stadt oder
gar in einem Haus wären, könnten wir noch erfolgreicher und
schneller vorankommen“, betont Ursula Klingmüller, ideal seien
interdisziplinäre Institute. Kommunikationsprobleme gibt es
aber dank der langjährigen Kooperation keine mehr. Meistens
arbeitet ein „Pärchen“ aus Experimentator und Modellierer an
einem Projekt. Was dann per Skype nicht geklärt werden kann,
wird auf regelmäßigen Treffen diskutiert – oder bei einem
gemeinsamen Retreat, wie letztes Jahr im Schwarzwald.
Von der Grundlagenforschung zur medizinischen
Anwendung
Nachdem die vergangenen Jahre von Grundlagenforschung
und Methodenentwicklung geprägt waren, „öffnet sich nun
ein Fenster in Richtung der medizinischen Anwendung“, so
Jens Timmer. In mehreren Projekten bestehen Kooperationen
mit klinischen Partnern, und beide Forscher möchten in ihrem
weiteren Forscherleben mindestens einen Ansatz entwickeln,
der wirklich einem Patienten am Krankenbett hilft. „Die einzige
Möglichkeit, wie wir wirklich etwas beitragen können, ist es,
die Dinge von Grund auf und Schritt für Schritt aufzubauen“,
erklärt Ursula Klingmüller, „und das braucht Zeit.“ Die dynamische
Modellierung sei jetzt so weit, dass man sie mit anderen
Modellierungsansätzen verknüpfen kann. „Wir fragen uns, ob
es ein Limit gibt“, beschreibt Ursula Klingmüller diese neue
Herausforderung, denn die resultierenden Modelle sind sehr
groß. Ein neues Massenspektrometer trägt neuerdings in der
Klingmüller-Gruppe dazu bei, noch mehr Komponenten sehr
genau zu quantifizieren und wird damit den Wünschen der
Modellierer gerecht. Die Messung biologischer Phänomene auf
unterschiedlichen Zeitskalen – die Signalweitergabe ist nach
wenigen Minuten messbar, Zellteilung erst nach vielen Stunden
oder Tagen – gestaltet sich hingegen weiterhin als Herausforderung.
Beide Forscher denken, dass die Systembiologie in Zukunft eine
breitere Anwendung in der Grundlagenforschung, aber auch in
Abbildung 1: Schema des durch Erythropoietin (Epo)-Bindung aktivierten JAK2-STAT5-Signalwegs
Epo
Epo bindet an der Zelloberfl äche an seinen Rezeptor, den EpoR (blau). Daraufhin
wird die Rezeptor-gebundene Kinase JAK2 im Zellinneren aktiviert.
Sie phosphoryliert (P) sich zunächst selbst, und dann den EpoR. Auf diese
Weise entstehen Bindungsstellen für STAT5. Nach der Bindung an den
JAK2
P
JAK2
P
Rezeptor werden STAT5-Moleküle ebenfalls phosphoryliert und wandern
paarweise in den Zellkern. Dort aktivieren sie Zielgene, die das Überleben
STAT5
STAT5
P
P
der Zellen unterstützen. Zwei dieser Zielgene, CIS und SOCS3, können den
Signalweg wiederum drosseln. STAT5-Paare werden im Kern dephospho-
Zytoplasma
Zellkern
P
STAT5
P
STAT5
CIS
SOCS3
ryliert und zerfallen dabei in einzelne STAT5-Moleküle. Diese können wieder
in das Zytoplasma transportiert werden und stehen dort erneut für die Signalweiterleitung
zur Verfügung (Grafi k: Svantje Braun und Lorenz Adlung).
STAT5
P
STAT5
P
STAT5
Zielgene
Überleben
46 Porträt Ursula Klingmüller & Jens Timmer www.systembiologie.de