Forschungsschwerpunkt

Elmar Behrmann

Strukturelle Dynamik von Proteinen
Wir fokussieren uns auf die Anwendung der Elektronenmikroskopie zur Untersuchung der Dynamik von Proteinen.

Forschungsschwerpunkt

Das Leben ist nicht statisch, ebenso wenig wie die meisten Proteine, die für die Funktion unserer Zellen entscheidend sind. Unser strukturelles Verständnis dieser mikroskopischen Maschinen ist jedoch oft auf eine oder bestenfalls wenige statische Momentaufnahmen beschränkt.

Wir konzentrieren uns auf die Anwendung der Elektronenmikroskopie, um solche dynamischen Entitäten in einer nativ-ähnlichen Umgebung sichtbar zu machen, um die strukturellen Bahnen im Herzen der biologischen Prozesse abzuleiten. Anders als z.B. bei der Proteinkristallisation erlaubt EM das schnelle Einfangen von Zwischenzuständen entweder durch Vitrifikation ("snap freezing") oder durch chemische Vernetzung in schwermetallhaltigen Verbindungen. Gefangene Strukturen können dann mit hoher Auflösung bestimmt werden, wodurch die wichtigsten Strukturübergänge, die mit der biologischen Aktivität eines Proteins verbunden sind, sichtbar gemacht werden.

Unser Hauptinteresse gilt denjenigen Proteinen, die mit den Lipidmembranen unserer Zellen assoziiert oder in diese eingebettet sind. Membranen sind für die Identität einer Zelle von entscheidender Bedeutung, da sie das Innere von der Umgebung abschirmen, aber sie dürfen nicht statisch sein, da eine kontrollierte Passage über diese biologischen Barrieren für das Leben notwendig ist. Die strukturelle Grundlage dafür, wie Proteine den Membranen verschiedene Funktionen verleihen können, fehlt noch weitgehend, insbesondere im Hinblick auf das dynamische Wechselspiel zwischen Lipiden und Proteinen. Um solche dynamischen Entitäten in ihrer nativ-ähnlichen Umgebung visualisieren zu können, entwickeln wir darüber hinaus Probenpräparationsstrategien, die es uns ermöglichen, Membranproteine in definierten Funktionszuständen zu untersuchen.