Arbeitsgruppen
AG Marchanka

Arbeitsgruppe Junior-Prof. Dr. Alexander Marchanka

Festkörper-NMR von Biomolekülen

In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir neue Methoden der Festkörper-NMR für strukturelle Untersuchungen von RNA und Protein-RNA Komplexen. Wir erforschen krankheitsrelevante virale und bakterielle RNAs mittels NMR, EPR und ergänzenden Methoden um relevante strukturelle und funktionelle Information über RNA-Moleküle zu erhalten. Die Verfügbarkeit solcher Informationen ermöglicht die Entwicklung neuer effektiver Arzneimittel.

Festkörper-NMR von Biomolekülen

In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir neue Methoden der Festkörper-NMR für strukturelle Untersuchungen von RNA und Protein-RNA Komplexen. Wir erforschen krankheitsrelevante virale und bakterielle RNAs mittels NMR, EPR und ergänzenden Methoden um relevante strukturelle und funktionelle Information über RNA-Moleküle zu erhalten. Die Verfügbarkeit solcher Informationen ermöglicht die Entwicklung neuer effektiver Arzneimittel.

FORSCHUNG: FESTKÖRPER-NMR-SPEKTROSKOPIE

Ribonucleinsäuren (RNA) spielen eine wichtige funktionelle und regulative Rolle in vielfältigen Zellprozessen. Die RNA ist eine der Hauptkomponenten von Ribosomen und Spliceosomen sowie wichtiger Bestandteil von Riboviren und Retroviren. Die Aufklärung von Mechanismen der Reaktivität dieser RNA-Moleküle setzt die Kenntnis über deren Struktur voraus. Die Strukturbestimmung großer RNAs ist aber sehr kompliziert, da die etablierten klassischen Methoden der Strukturbiologie an großen RNA nur mit Schwierigkeiten angewendet werden können. NMR-Experimente in Lösung sind methodenbedingt im Bereich höherer Molekulargewichte limitiert und sind für die Strukturaufklärung von RNA-Molekülen, die länger als 100 Nukleotide aufweisen, kaum geeignet. Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie sind aufgrund der höheren Flexibilität von RNA-Molekülen nicht zielführend. Flexible Bereiche von RNAs, die am oft ausschlaggebend sind und die Grundlage für die molekulare Erkennung darstellen, sind durch Röntgenkristallographie oder Elektronenmikroskopie kaum visualisierbar.

Die Festkörper-NMR hingegen ist eine sich rasant weiterentwickelnde Methode der Strukturbiologie für die Untersuchung von großen biomolekularen Maschinen und kann eine atomare Auflösung solcher Strukturen liefern. Während Festkörper-NMR erfolgreich an Membranproteinen, Proteinkomplexen und Amyloidfibrillen angewendet wurde, bleiben Studien an RNA beschränkt.  Wir haben Methoden der Festkörper-NMR für die Untersuchungen von RNA de novo entwickelt und sind eines der wenigen Labore weltweit, die in dieser Richtung arbeiten.

In unserer Arbeitsgruppe forschen wir an zwei großen Gebieten. Eine Forschungsrichtung fokussiert sich auf die Entwicklung von Festkörper-NMR Methoden für die Charakterisierung von Struktur und Dynamik von RNAs in großen Protein-RNA und RNA-RNA Komplexen. In unserem zweiten Forschungsbereich untersuchen wir krankheitsrelevante virale und bakterielle RNA mittels Festkörper-NMR basierter integrativer Strukturbiologie. Die Aufklärung von deren Wirkungsmechanismen wird zu Entwicklung von neuen effektiven Pharmazeutika und Therapiemöglichkeiten beitragen.