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    Biochemie und Zellbiologie

    Forschung 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.