Ungeahnte Einblicke in den Zellkern

Der Bauplan des Lebens liegt fein säuberlich zusammengefaltet im Zellkern. Aber wie passt der bis zu zwei Meter lange Erbgutfaden in den Nukleus mit nur sechs Mikrometern Durchmesser? Diese Frage ist bedeutsam, denn die Anordnung der DNA in Chromosomen bestimmt, welche Gene bei der Genexpression abgelesen werden, wie das Erbgut repariert und vervielfältigt wird. Die Architektur der Chromatinfäden untersucht Professor Christof Gebhardt, Wissenschaftler am Ulmer Universitäts Institut für Biophysik. Für sein Forschungsvorhaben ist er mit einem Starting Grant des Europäischen Forschungsrats über 1,5 Millionen Euro ausgezeichnet worden.

Prof. Dr. Christof Gebhardt
Prof. Dr. Christof Gebhardt an einer Laser-Meßapparatur

ERC Starting Grant für Projekt ChromArch

Forschungsprojekt

Single Molecule Mechanisms of Spatio-Temporal Chromatin Architecture (ChromArch) – Analyse der molekularen Mechanismen zur Ausbildung bestimmter Chromatinstrukturen im Zellkern

Projektleitung

Prof. Dr. Christof Gebhardt

Fördervolumen

ca. 1,5 Millionen Euro

Fördereinrichtung

Starting Grant des European Research Council (ERC)

Förderdauer

2015 - 2020

Kontakt

Prof. Dr. Christof Gebhardt
Institut für Biophysik

Die Architektur des Erbguts im Visier

Im Projekt "Spatio-Temporal Chromatin Architecture" (ChromArch) studiert Prof. Christof Gebhardt räumliche und zeitliche Ordnungsprinzipien des Erbguts anhand einzelner Moleküle in lebenden Zellen. Dabei kommt dem Biophysiker die so genannte Reflected Light Sheet Microscopy ("Lichtblattmikroskopie") zugute, die er als Postdoktorand an der Harvard University entwickelt hat. Mit dieser Methode lassen sich sehr dünne Schichten einer Zelle abbilden und Prozesse in ihrem Inneren sowie die DNA-Struktur beobachten. Bisher benötigten Forscher zahlreiche Zellen, um die Erbgutstruktur zu ermitteln - und erhielten doch nur Durchschnittswerte. Außerdem zeichnet sich das neuartige Mikroskop durch eine hohe Sensitivität für Fluoreszenzanwendungen aus.

Schema der RLS-Mikroskopie
Prinzip der RLS-Mikroskopie: Bei der Reflected Light Sheet Microscopy- Methode wird ein Lichtblatt so in die Zelle gespiegelt, daß nur eine sehr dünne Schicht der Zelle angeregt wird und die Fluoreszenz einzelner Moleküle im Zellkern gemessen werden kann.

Verpackungskunst in Chromosomen

Jetzt werden also ungeahnte Einblicke in den Zellkern möglich: Professor Gebhardt wird untersuchen, welche molekularen Mechanismen dazu führen, dass das Erbgut bestimmte Chromatinstrukturen ausbildet. Schleifenartige Gebilde, so genannte Loops, sorgen beispielsweise dafür, dass Enhancer und Promotorregionen zusammenwirken. Das entspricht dem Startsignal der so genannten Proteinbiosynthese, bei der eine DNA-Kopie (messenger RNA) in Aminosäuren übersetzt wird. So entstehen wichtige Bausteine unseres Körpers. Insgesamt wird der Biophysiker Strukturen vergleichen, die sich in jeder Zelle geringfügig unterscheiden.

Bis 2020 – so lange läuft der Starting Grant – beschäftigt sich Gebhardt vornehmlich mit der Methodenentwicklung. Dann untersucht er die Anordnung des Erbguts, die jeden Verpackungskünstler neidisch machen würde.

Fluoreszenzsignal einzelner Moleküle im Nukleus einer Zelle
Fluoreszenzsignal einzelner Moleküle im Nukleus einer Zelle

Starthilfe für hervorragenden Nachwuchswissenschaftler

Um einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats können sich Nachwuchsforscher fünf bis sieben Jahre nach der Promotion bewerben. Ihre Forschungsgruppe sollte sich gerade im Aufbau befinden. Förderwürdige Projekte werden von einem hochrangigen Expertengremium ausgewählt und über fünf Jahre mit bis zu zwei Millionen Euro gefördert. 2014 waren 328 Projekte von 3200 eingereichten Anträgen erfolgreich.

Für die Universität Ulm ist es der dritte Starting Grant: In der Vergangenheit wurden bereits Professor Jens Michaelis, Leiter des Instituts für Biophysik, und Professor Timo Jacob (Institut für Elektrochemie) ausgezeichnet. „Das Verfahren in Brüssel war sehr aufwendig, und die Chance, berücksichtigt zu werden, gering“, erinnert sich Professor Gebhardt. Umso mehr freue er sich über die Zusage.