Photo-vernetzte Proteinkomplexe in lebenden C.elegans

Der Caenorhabditis elegans Wurm, ein mehrzelliger eukaryotischer Organismus, bietet eine einzigartige Gelegenheit für tiefgreifende Untersuchungen molekularer Mechanismen, die DNA- Reparatur, Replikation, Stoffwechsel- oder seltene genetische Erkrankungen steuern. Dank der Transparenz von C. elegans ist die Erforschung der Zelldifferenzierung und anderer Entwicklungsprozesse im intakten Organismus erleichtert. Die Keimdrüsen von C. elegans dienen als wertvolles Modell, um grundlegende biologische Prozesse wie Chromosomentrennung, DNA- Reparatur, Zellzykluskontrolle und programmierter Zelltod zu erkunden. Obwohl die Einzelzell- Molekulargenetik und Zellbiologie beeindruckend tiefe Einblicke in dieses System ermöglicht haben, sind die molekularen Maschinen, die aus Proteinkomplexen bestehen, in den Keimdrüsen nach wie vor wenig erforscht. Proteinkomplexe und Protein-Protein-Interaktionen spielen eine entscheidende Rolle bei der Erforschung dynamischer Prozesse der Zellteilung und DNA-Reparatur. Allerdings gestaltet sich die Stabilisierung und Untersuchung dieser Vorgänge im lebenden Wurm als herausfordernd. In den letzten zwei Jahrzehnten haben Forscher fortschrittliche bioingenieurwissenschaftliche Strategien entwickelt und verfeinert, um nicht-natürliche Aminosäuren (unAAs) in verschiedene Organismen, einschließlich C. elegans, einzuführen. Diese Aminosäuren können dem Wurm zugeführt und in zelluläre Proteine eingebaut werden. So lassen sich Proteine direkt im lebenden Wurm markieren. Durch UV-Bestrahlung können diese Aminosäuren aktiviert werden und sich mit Komplexpartner und direkten Interaktionspartnern verbinden. Diese Interaktion bleibt während der Probenvorbereitung erhalten und ermöglicht die Analyse von Proteinen in ihrer natürlichen Umgebung, sei es in spezifischen Zelltypen, Zellzyklusphasen oder subzellulären Regionen. In diesem Forschungsprojekt werden biochemische Methoden, wie Pull-Down-Assays, Proteinmarkierungen und Massenspektrometrie, mithilfe dieser innovativen Methode zur Stabilisierung von Proteinkomplexen und deren Interaktoren modifiziert und weiterentwickelt. Das Ziel ist die Untersuchung von Proteinkomplexen, die schwer zugänglich sind oder nur unter bestimmten zellulären Bedingungen auftreten. Besonderes Augenmerk gilt dem BTR-Komplex, da Störungen und Mutationen in diesem Komplex zum Bloom-Syndroms im Menschen führen können. Neue Erkenntnisse über die Dynamik der Komplexbildung des BTR-komplexes während der Meiose können zu innovativen Therapieansätzen und Verständnis der Krankheit führen. Dieser innovative Ansatz ermöglicht die systematische Generierung und Stabilisierung von Protein- Protein-Interaktionsnetzwerken in Keimzellen und darüber hinaus in einem lebenden Organismus. Zusätzlich wird künstliche Intelligenz in die Datenanalyse integriert, um neu gewonnene Erkenntnisse zu validieren und 3D-Modelle von Proteinkomplexen zu erstellen.