uni'leben 01-2016

01 2016 unı leben Die Zeitung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg www.leben.uni-freiburg.de 6 forschen von Jürgen Schickinger Proteine bilden komplexe, dynamische Molekülmaschinen“, sagt Thorsten Hugel, Professor für Physikalische Chemie an der Universität Freiburg. In Zellen arbeiten meist mehrere Eiweiße im Verbund zusammen – als Protein- maschinen. Doch Proteine sind keine Salzstangen, weder schnurgerade noch starr. Folglich sind Proteinmaschinen auch keine übereinandergepurzelten Mikadostäbchen, sondern ein Gewirr aus Schleifen, Bogen und Spiralen. „Über die Wechselwirkungen unter den Proteinen wissen wir noch sehr wenig“, betont Hugel. Diese Details untersucht er. Für sein erfolgreiches „Maschinen“- Projekt hat der Physikochemiker einen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten. Denn sein bevorzugtes Forschungsobjekt, das Hsp90-System, ist für viele Vor- gänge verantwortlich. Es ist an der Krebsentstehung beteiligt und birgt einen Keim des Lebens. Auch dorthin will Hugel vorstoßen. Blitzschnell gefaltet „Das Hsp90-Protein ist enorm viel- seitig und bedeutend“, sagt der gebür- tige Konstanzer. Eine Aufgabe besteht darin, andere Proteine räumlich zu falten: Eiweiße funktionieren nur, wenn sie die richtigen Schleifen, Bogen und Spiralen haben. Falsche Faltungen sind etwa schuld an Krank- heiten wie Alzheimer und Parkinson. Hsp90 faltet mehr als 100 verschiedene Proteine, aber jedes ein bisschen anders. Darum arbeitet Hsp90 mit bis zu zehn weiteren Proteinpartnern zusammen. „Je nach Bedarf formiert sich die Falzmaschine ständig neu.“ Sie verzichtet auf „Kolben“, „Vergaser“ oder „Zündung“, sobald sie nicht mehr nötig sind. Zudem wechseln die Be- standteile im Hsp90-System, so vor- handen, oft ihre Position. Der Umbau geht blitzschnell. Das Falten ebenso. Wie erreichen Proteine diese hohe Dynamik? „Um ein nahtloses, dynami- sches Bild davon zu gewinnen, wollen wir Filme über die Abläufe drehen, statt Fotos einzelner Schritte zu schie- ßen“, erklärt der Forscher. Zunächst markieren seine Mitarbei- tenden isolierte Einzelproteine mit verschiedenen Farben. Interessante Kombinationen kommen in Mikrofluidik- Kammern. „Dort können wir in Echtzeit zusehen, wie Proteine zusammen- arbeiten“, erklärt Hugel. Welcher Faltapparat benötigt welche Proteine? Was machen sie? Wie binden sie an- einander? Was zwischen zwei Protei- nen geschieht, ist gut untersucht. In der Natur tun sich üblicherweise aber drei oder mehr Proteine zusammen, oft nur für Sekundenbruchteile. „Hier steht unser molekulares Verständnis noch am Anfang.“ Ändern will Hugel das mit seiner zwölfköpfigen Arbeitsgruppe und dem ERC-Fördergeld von knapp 1,9 Millio- nen Euro, das für die nächsten fünf Jahre gewährt wurde. Bald werden seine Mitarbeiter an einem neuen Laborgerät die Hsp90-Faltmaschine nicht nur beobachten, sondern gleich- zeitig auch manipulieren können. Hugel will mehr Proteine markieren, mehr Kombinationen testen. Aller- dings gelangt in Mikrofluidik-Kam- mern nur das, was Forscherinnen und Forscher auswählen. Wenn etwas übersehen wurde, fehlen möglicher- weise natürliche Komponenten. „In Zellen könnte der Faltapparat ganz anders funktionieren“, spekuliert Hugel. Darum versucht er seine Expe- rimente in Kooperation mit dem Freiburger Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik auf lebende Zellen zu übertragen: „Das wäre der Jackpot!“ Leben beruht auf chemischem Ungleichgewicht Bedeutung hat Hsp90 auch für die Entstehung von Krebs: Es stabilisiert bestimmte Mutanten in Proteinen, wodurch Zellen leichter zu Tumorzellen werden können. Darum gilt Hsp90 als möglicher Angriffspunkt für neue Krebsmedikamente. Nicht zuletzt führt das Hsp90-System zu einem elemen- taren Mechanismus, der in allem Lebenden verankert ist: Hsp90 ver- braucht Energie, um geordnete Raum- strukturen aufzubauen. Im Gegensatz dazu erfolgt Zerfall, der Übergang von Ordnung in Unordnung, ohne Energie- verbrauch. Er endet mit toter Materie, die sich im Gleichgewicht, dem Zu- stand geringster Energie, befindet. „Lebende Organismen sind nur mit Nichtgleichgewichtssystemen mög- lich“, betont Hugel. Abgesehen von seiner Herkunft, ist über die Energie des Hsp90-Systems, seinen Fluss, seine Umwandlung nichts bekannt. Seine Wechselwirkungsforschung wird Thorsten Hugel an eine moleku- lare Wurzel des Lebens führen. Der Physikochemiker Thorsten Hugel erforscht dynamische Proteinkomplexe Mit Molekülmaschinen zur Wurzel des Lebens Eiweiße funktionieren nur, wenn sie die richtigen Schleifen und Bogen haben. Thorsten Hugel will herausfinden, wie das Protein Hsp90 es schafft, mehr als 100 verschiedene Eiweiße richtig zu falten. FOTO: PATRICK SEEGER Effiziente Katalysatoren für die chemische Industrie und Vergleiche zwischen der deutschen und japani- schen Rechtskultur: Zwei Teams mit Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftlern aus Freiburg und Nagoya/ Japan wurden in einer ersten gemein- samen Ausschreibung des Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) und des Nagoya Institute for Advanced Research (IAR) ausgewählt, um ein Forschungsvorhaben umzusetzen. Mit der Gruppe um Prof. Dr. Alexander Bruns (Freiburg) und Prof. Dr. Masabumi Suzuki (Nagoya) wird das rechtswissen- schaftliche Projekt „Social Governance by Law: Substantive Standards and Procedural Enforcement“ gefördert. Das Projekt „Multicomponent Supra- molecular Catalysts for Sustainable Chemical Synthesis“ unter der Leitung von Prof. Dr. Bernhard Breit (Freiburg) sowie Prof. Dr. Takashi Ooi und Prof. Dr. Kenichiro Itami (Nagoya) widmet sich der Entwicklung umweltfreundli- cher und energiesparender Katalysa- toren. Die Universität Nagoya ist eine der wichtigsten Partneruniversitäten der Albert-Ludwigs-Universität. Als Ausdruck dieser strategischen Partner- schaft haben das FRIAS und das Nagoya IAR das zweijährige Förder- programm gestartet. Die Teams haben ihre Arbeit Anfang Januar 2016 aufge- nommen und erhalten insgesamt etwa 120.000 Euro. Auf dem Programm stehen Forschungsaufenthalte in bei- den Städten, Workshops, gemeinsame Konferenzen sowie Angebote für Nachwuchswissenschaftler und fortge- schrittene Studierende. Kooperation zwischen Freiburg und Nagoya www.frias.uni-freiburg.de  Banken gibt es viele. Aber die BBBank ist die einzige bundesweit tätige genossenschaftliche Privatkundenbank, die Beamten und Arbeitnehmern des öffentlichen Dienstes einzigartige Angebote macht. 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