Exzellenzcluster Macromolecular Complexes

Cluster of Excellence Frankfurt Macromolecular Complexes (CEF)

Gründung	1. November 2006
Website	http://www.cef-mc.de
Sprecher	Harald Schwalbe
Stellvertreter	Werner Kühlbrandt

Der Exzellenzcluster Macromolecular Complexes ist ein interdisziplinäres Forschungszentrum der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Biophysik und dem Max-Planck-Institut für Hirnforschung. Der Exzellenzcluster wurde im November 2006 im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder gegründet.

Ziele

Makromolekulare Komplexe spielen eine herausragende Rolle bei grundlegenden Lebensvorgängen. Aufgrund ihrer Fragilität, Größe und geringen Verfügbarkeit sind bisher nur für wenige dieser Komplexe die molekulare Struktur und Wirkmechanismen bekannt. Der Cluster hat sich ein besseres Verständnis von makromolekularen Komplexen zum Ziel gesetzt. Dabei stehen speziell die Strukturaufklärung, die molekularen Mechanismen und Funktionen, die den Interaktionen der biologischen Makromoleküle in der Zelle und in der Zellmembran zugrunde liegen, im Vordergrund. Der Cluster hat sich zu wissenschaftlichen Spitzenleistungen und früher Unabhängigkeit junger Forscher verpflichtet und strebt internationale Sichtbarkeit als eines der führenden Zentren der Forschung und Lehre im Bereich der Lebenswissenschaften an.

Forschungsgebiete

Der CEF widmet sich der Untersuchung aller Aspekte großer makromolekularer Komplexe mit dem Ziel, ihre Funktion zu verstehen. Um dieses ambitionierte Ziel zu erreichen, konzentriert sich der Cluster auf drei wesentliche Forschungsgebiete mit den Themen:

• A - Strukturen und Mechanismen makromolekularer Komplexe in der Membran
• B - Struktur und Funktion löslicher makromolekularer Komplexe in der Zelle
• C - Entwicklung neuer Methoden zu ihrer Untersuchung

Ein wichtiger Teil der Forschung des Clusters gilt dem Membranproteom, d.h. den Proteinen, die in die Doppellipidschicht der zellulären Membranen eingebaut sind. Besonderes Interesse gilt den Komplexen und Superkomplexen der zellulären Atmung und der Photosynthese, wobei Mitgliedern des Clusters die meisten Erstbeschreibungen derartiger Strukturen gelangen. Weitere Beispiele für in Frankfurt untersuchte makromolekulare Membran-Proteinkomplexe sind die Proteintranslokasen, der Peptid-Beladungs-Komplex und die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren und ihre assoziierten Proteinkomplexe.

Im zweiten Haupt-Forschungsgebiet untersuchen Forscher des CEF große, membran-assoziierte Proteinkomplexe, Nukleoproteinkomplexe des Zellkerns und der Mitochondrien, Ribosomen und andere Ribonukleoproteinkomplexe. Darüber hinaus wird versucht, die Bildung transienter Zusammenlagerungen von Proteinen, wie z.B. der Signalosomen, und ihre dynamischen Wechselwirkungen in lebenden Zellen in vivo mit Hilfe von bildgebenden Verfahren zu verfolgen. Netzwerke von Proteinen an der Synapse und Komplexe, die mit post- un prä-synaptischen Netzwerken in Wechselwirkung treten, werden ebenfalls untersucht.

Die in den Forschungsgebieten (A) und (B) dargestellten Herausforderungen verlangen nach einem kombinierten Einsatz etablierter und neuentwickelter physikalischer Techniken. Die Röntgen-Kristallographie, die die höchste Auflösung von Strukturen ermöglicht, wird in mehreren Projekten eingesetzt. Für die Kristallographie sind große Mengen hochreiner Präparate notwendig. Die Isolierung bzw. Produktion ausreichender Mengen von Membranproteinen und großen Komplexen ist ein derzeit ungelöstes Problem. Die Chancen einer Kristallbildung sinken mit zunehmender Größe der Proteinkomplexe und mit ihrer Flexibilität. Für diese Komplexe bietet sich die Kryo-Elektronenmikroskopie an. Ein Schlüsselprojekt im CEF ist deshalb die Planung und Konstruktion eines neuen Phasenkontrast-Elektronenmikroskops speziell für diese Zwecke. NMR- und EPR-Techniken, die in Frankfurt stark repräsentiert sind, sind hervorragende Methoden zur Untersuchung makromolekularer Strukturen, ihrer Wechselwirkungen und Kontaktflächen und ihrer Dynamik. Durch Kombination verschiedener Techniken wird eine beträchtliche Signalverbesserung erreicht, so dass auch größere Komplexe Objekte für die NMR-Strukturanalyse werden könnten. Mitglieder im CEF sind auch Experten auf den Gebieten der Massenspektrometrie und der Zeit-aufgelösten Infrarot-Spektrometrie, die ebenso auf große Komplexe von Membran- und wasserlöslichen Proteinen ausgerichtet sind. Andere sehr wichtige Techniken, allen voran die Lichtmikroskopie, wurden verstärkt.

Organisation

Der Cluster wird von der CEF-Versammlung geleitet, die sich aus Principal Investigators, CEF Investigators, Adjunct Investigators und Senior Investigators zusammensetzt. Die CEF-Versammlung wählt den Sprecher und das Direktorium. Der Sprecher koordiniert den Cluster und ist im Einzelnen für Budgetierung, Personal, Investitionen und Raumplanung zuständig. Die CEF-Versammlung koordiniert die Forschung und die Aktivitäten des Graduiertenprogramms der beteiligten Forschungsgruppen. Ein internationaler wissenschaftlicher Beirat, der sich aus sechs hoch angesehenen Wissenschaftlern relevanter Forschungsgebiete zusammensetzt, überwacht den Verlauf der Forschung und berät den Cluster im Bezug auf Einstellungen. Die CEF-Verwaltung besteht aus dem Sprecher, dem Direktorium, einer Managerin für wissenschaftliche Angelegenheiten und Öffentlichkeitsarbeit sowie einem Sekretariat.

Weblinks

• Homepage des Exzellenzclusters
• Deutsche Forschungsgemeinschaft
• Video-Portrait (2007)