Schanda Group

Biomolekulare Mechanismen durch integrierte NMR-Spektroskopie

Leben ist Bewegung. Während die inhärent dynamischen Aspekte lebender Organismen auf makroskopischer Ebene sofort mit bloßem Auge oder unter dem Mikroskop erkennbar sind, ist klar, dass es letztendlich die Bewegung der Atome innerhalb der Moleküle und ihre Wechselwirkungen miteinander sind, die lebenden Systemen zugrunde liegen.

Die Schanda-Gruppe interessiert sich insbesondere dafür, wie Biomoleküle –hauptsächlich Proteine – ihre Aufgaben erfüllen und wie ihre strukturelle Dynamik ihre Funktionen bestimmt. Diese Forschung beinhaltet mehrere Aspekte. Einerseits untersuchen sie eine Reihe spannender biologischer Fragen: Wie transportieren Proteine andere Proteine durch die Zelle, durch biologische Membranen hindurch oder in Membranen hinein? Die Gruppe entschlüsselt wie Zellen große und besonders aggregationsanfällige Polypeptide durch die Zelle transportieren und schließlich in ihre ursprüngliche Umgebung zurückfalten können. Dazu untersuchen sie wie diese Proteine – Chaperone, Rezeptoren, Translokasen – strukturiert sind, wie sie sich bewegen und interagieren. Diese Forschung zeigt beispielsweise, wie Membranproteine in Mitochondrien importiert werden oder wie Chaperone in der Größe von Megadaltons anderen Proteinen helfen, sich zu falten.

Andererseits interessiert sich die Schanda-Gruppe für grundlegendere physikalisch-chemische Aspekte der Proteindynamik. Wie steuern die Bewegungen um das aktive Zentrum eines Enzyms dessen Funktion? Wie genau bewegen sich die Seitenketten und die Hauptkette von Proteinen – in Lösung, in Kristallen und in großen Proteinkomplexen? Wie bewegen sich Proteindomänen relativ zueinander? Welchen Einfluss haben molekulare Assemblierungen zu grossen Komplexen oder Kristallen auf die Bewegung innerhalb der Proteine?

Um diese Fragen zu beantworten, setzt die Schanda-Gruppe auf Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), kombiniert mit einer Vielzahl anderer biophysikalischer, biochemischer, in-silico und in-vivo Methoden. Die Integration dieser Methoden und die Weiterentwicklung der NMR-Methodik ist ein weiteres zentrales Forschungsinteresse der Gruppe, da sie unter anderem Methoden entwickeln, mit denen dreidimensionale Strukturen großer Proteine oder Proteinkomplexe aus einer neuartigen Kombination von NMR- Cryo-Elektronenmikroskopie-Daten gelöst werden können. Andere neue NMR-Methoden, die die Schanda-Gruppe entwickelt, ermöglichen es, detailliert zu entschlüsseln, wie sich bestimmte Teile von Proteinen bewegen und wodurch diese Bewegungen mit der Funktion verknüpft werden können.

Die Aktivitäten der Schanda-Gruppe reichen daher von der Kernspin-Dynamik und Biophysik bis zu herausfordernden biologischen Fragestellungen.