Willkommen

HALOmem ist eine interdisziplinäre wissenschaftliche Einrichtung an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Unsere Arbeiten konzentrieren sich auf die Strukturaufklärung von Membranproteinen sowie auf deren Interaktion mit der sie umgebenden Membran. HALOmem wurde in Zusammenarbeit des Instituts für Biochemie und Biotechnologie (Naturwissenschaftliche Fakultät I) und der Institute für Physik und Chemie (Naturwissenschaftliche Fakultät II) ins Leben gerufen. Die interdisziplinäre wissenschaftliche Einrichtung HALOmem (IWE HALOmem) vereint die Expertise und Möglichkeiten beider Fakultäten, zum Beispiel in der Produktion rekombinanter Proteine sowie der biophysikalischen Analyse von Membranen und der Proteinstrukturbestimmung mittels Massenspektrometrie, Kryo-Elektronenmikroskopie, Röntgenkristallographie und NMR. Innerhalb der IWE HALOmem wurden während der ersten Förderperiode (2009 -2015) zwei wissenschaftliche Nachwuchsgruppen etabliert:

  • Nachwuchsgruppe I: Membranproteinbiochemie
    (Dr. Mikio Tanabe)
  • Nachwuchsgruppe II: Biophysikalische Chemie von Membranen
    (Prof. Dr. Kirsten Bacia)

In der jetzigen zweiten Förderperiode wird HALOmem um zwei weitere wissenschaftliche Nachwuchsgruppen erweitert:

  • Nachwuchsgruppe III: Kryo-Elektronenmikroskopie von Membranproteinkomplexen
    (Jun.-Prof. Panagiotis L. Kastritis)
  • Nachwuchsgruppe IV: Biophysikalische Charakterisierung medizinisch relevanter Membranproteine
    (Jun.-Prof. Dr. Carla Schmidt)

HALOmem wird durch die Initiative „Unternehmen Region – Zentrum für Innovationskompetenz“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und durch das Land Sachsen-Anhalt finanziert.

Forschungsziele

Warum Membranproteine?
Membranproteine stellen fast ein Viertel aller Proteine einer lebenden Zelle. Sie bestimmen und regulieren eine Vielzahl essentieller Funktionen und sind verantwortlich für verschiedenste Prozesse, wie zum Beispiel die inter- und intrazelluläre Kommunikation, den Transport von Nährstoffen und die Bereitstellung von Energie für die Zellen. Ihre Bedeutung zeigt sich an Hand der Tatsache, dass bis zu 70% aller Medikamente ein Membranprotein als Zielmolekül haben. Allein die Medikamente, die auf G-Protein-gekoppelte Rezeptoren zielen, haben ein jährliches Umsatzvolumen von mehreren Milliarden Dollar. Trotz ihrer offensichtlichen pharmazeutischen Bedeutung ist unser Verständnis der Membranproteinstruktur auf atomarer Ebene rudimentär. Detaillierte Informationen über die räumliche Struktur – eine Voraussetzung für das rationale Design von Wirkstoffen – ist nur für wenige Membranproteine vorhanden.

Der Schlüssel zum Erschließen der Struktur von Membranproteinen liegt in der Präparation großer Mengen in ihrer funktionalen Form.

Für die volle Funktionsfähigkeit ist die korrekte drei-dimensionale Architektur der Proteine innerhalb ihrer natürlichen Umgebung – der biologischen Membran – besonders wichtig. Von den in der ersten Förderperiode etablierten Nachwuchsgruppen (NWGs) widmete sich NWG I (Dr. Mikio Tanabe) der Präparation dieser Proteinklasse in großen Mengen. NWG II (Prof. Kirsten Bacia) erreichte die Entfaltung der vollen Funktionalität dieser Proteine durch den Einbau in die biologische Membran. Hierbei führte die Optimierung des Zusammenspiels von Proteineigenschaften und Membraneigenschaften zum Erfolg.

In vielen Fällen stellen Membranproteine jedoch Teile großer makromolekularer Komplexe dar. Dies ist nicht nur von akademischer Relevanz, sondern vielmehr hängt die Wechselwirkung eines potentiellen Therapeutikums stark davon ab, ob das Zielprotein isoliert oder in einem Molekülverband vorliegt. Die Charakterisierung von Membranproteinkomplexen ist daher richtungsweisend für die Forschungsziele des ZIK HALOmem II.

Unsere Ziele

Wir nutzen die Synergien zwischen den anwendungsbezogenen und analytischen sowie den biochemisch und physikochemisch arbeitenden Gruppen, um medizinisch relevante (in vivo) und experimentell zugängliche (in vitro) Ansätze zu verfolgen. Auf diese Weise wird die Forschung auf das Verständnis und die Behandlung von Krankheiten, an denen Membranproteine beteiligt sind, ausgerichtet. Das erweiterte Strategiekonzept des HALOmem II garantiert so den Fortbestand des ZIK HALOmem als ein schlagkräftiges und nachhaltig wirkendes Instrument für die Untersuchung der Struktur und Dynamik von Membranproteinen sowie ihrer Komplexe an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

Die von HALOmem initiierte Forschung hat zur Anschaffung eines (in Halle neuen) hochauflösenden Kryo-Elektronenmikroskops für die Strukturaufklärung von Biomakromolekülen geführt. Die Nachwuchsgruppe III nutzt diese Technologie zur strukturellen Analyse von Membranproteinkomplexen.

Die Nachwuchsgruppe IV untersucht strukturbiologische Fragestellungen von Membranproteinen in einem diagnostischen und/oder therapeutischen Kontext. Der Fokus liegt hierbei auf der strukturellen Untersuchung von Membranproteinkomplexen in synaptischen Vesikeln und der neuronalen Synapse.

HALOmem wird unterstützt durch die Initiative „Zentrum für Innovationskompetenz“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung sowie den Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) des Landes Sachsen-Anhalt.