AG Häring

CHROMOSOMSTRUKTUR UND DYNAMIK

Die AG Häring erforscht die molekulare Maschinerie hinter der Organisation eukaryotischer Genome.

Die Chromosomen eukaryotischer Organismen unterliegen im Verlauf eines Zellzyklus enormen Veränderungen bezüglich Struktur und Organisation. Eine der faszinierendsten Veränderungen ist die Umwandlung von dem wollknäuelartigen Interphasenchromatin in stäbchenförmige Chromosomen zur Vorbereitung der Zellteilung. Dieser als Chromosomenkondensation bekannte Prozess ist ein wichtiger Schritt bei der erfolgreichen Trennung von Chromosomen während der Mitose und Meiose.

Das übergeordnete Ziel unserer Forschung ist es, die Wirkung molekularer Maschinen aufzudecken, welche die dreidimensionale Architektur eukaryotischer Genome organisieren. Einblicke in die allgemeinen Funktionsprinzipien dieser Maschinen sind von großer Bedeutung für unser Verständnis, wie Zellen bei jeder Teilung einen vollständigen Satz ihrer Chromosomen weitergeben. Hierdurch wird das Auftreten von Aneuploidien verhindert, die für die meisten Krebszellen kennzeichnend sind. Auch spontane Fehlgeburten entstehen meistens, wenn es bei der Entstehung des Embryos zur fehlerhaften Verteilung von Chromosomen kommt.

Einer der zentralen Akteure bei der Bildung mitotischer Chromosomen ist ein hochkonservierter Proteinkomplex aus mehreren Untereinheiten, der als Condensin bekannt ist. Wir haben gezeigt, dass Condensin die chromosomale DNA wie eine große Ringstruktur umgibt, die durch die strukturelle Aufrechterhaltung von Chromosomen (SMC) und Kleisin-Untereinheiten gebildet wird, und dann die Energie der ATP-Hydrolyse nutzt, um sich entlang der DNA-Doppelhelix zu bewegen. Unsere Arbeitshypothese lautet, dass Condensin diese motorische Aktivität nutzt, um große Chromatinschleifen zu extrudieren (Abbildung 1) und dadurch DNA zu mitotischen Chromosomen zu formen.

 

In einem unabhängigen Projekt verwenden wir einen neu entwickelten zeitaufgelösten Mikroskopie-Assay, um die Dynamik der Chromosomenkondensation in lebenden Spalthefezellen zu verfolgen (Abbildung 2). Die Kombination von In-vivo- und In-vitro-Ansätzen führt uns zu einem tieferen Verständnis der Mechanismen, die die Genomarchitektur steuern.

Zukünftige Projekte und Ziele

Wir werden weiterhin einen hoch interdisziplinären Ansatz durch die Kombination von Untersuchungen aus Biochemie, molekularer Zellbiologie und Strukturbiologie verfolgen, um unser Verständnis dieser molekularen Maschinen zu verbessern. In Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen erweitern wir unser technologisches Repertoire in Richtung chemische Biologie und Einzelmolekülbiophysik, um die Grundprinzipien für die Steuerung der Chromosomenarchitektur aufzudecken.

Mitarbeiter AG Häring

Guru Amudhan

Doktorand

Sumanjit Datta

Doktorand

Prof. Dr. Christian Häring

Gruppenleiter

Dr. Markus Hassler

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Léa Lecomte

Doktorandin

Julia Locherer

Doktorandin

Jenny Ormanns

Technische Assistentin

Conny Schmidt

Technische Assistentin

Dr. Indra Shaltiel

Postdoc

Victoria Steuper

BSc Studentin

Dr. Antonio Valdes

Postdoc

Brigitta Wilde

Technische Assistentin

Ausgewählte Publikationen AG Häring

  • Lee, B.-G., Merkel, F., Allegretti, M., Hassler, M., Cawood, C., Lecomte, L., O’Reilly, F.J., Sinn, L.R., Gutierrez-Escribano, P., Kschonsak, M., Bravo, S., Nakane, T., Rappsilber, J., Aragon, L., Beck, M., Loewe, J., & Haering, C.H.Cryo-EM structures of holo condensin reveal a subunit flip-flop mechanismNature Structural and Molecular Biology, 27(8): 743–751.
     
  • Kim, E., Kerssemakers, J., Shaltiel, I.A., Haering, C.H., & Dekker, C.DNA-loop extruding condensin complexes can traverse one anotherNature, 579(7799): 438–442.
     
  • Hassler, M., Shaltiel, I.A., Kschonsak, M., Simon, B., Merkel, F., Thärichen, L., Bailey, H.J., Macošek, J., Bravo, S., Metz, J., Hennig, J., & Haering, C.H.Structural Basis of an Asymmetric Condensin ATPase CycleMolecular Cell, 74(6): 1175–1188.
     
  • Ganji, M., Shaltiel, I.A., Bisht, S., Kim, E., Kalichava, A., Haering, C.H., & Dekker, C.Real-time imaging of DNA loop extrusion by condensinScience, 360(6384): 102–105.
     
  • Kschonsak, M., Merkel, F., Bisht, S., Metz, J., Rybin, V., Hassler, M., & Haering, C.H.Structural Basis for a Safety-Belt Mechanism That Anchors Condensin to ChromosomesCell, 171(3): 588–600.e24.