Schlagwort: FIAS

Neue Bindestelle an Zellmembran identifiziert

Tubby-Protein

Die Wechselwirkungen von Eiweißen (Proteinen) und Fetten (Lipiden) in Membranen untersucht ein Team um Sebastian Thallmair am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) mit Hilfe von Modellrechnungen. Im fassförmigen Tubby-Protein fanden sie so eine bislang unbekannte Bindungsstelle, die zur Aufklärung verschiedener Krankheitsbilder beitragen könnte.

Funktioniert das Tubby-Protein in unseren Zellen nicht, werden Störungen im Energiehaushalt, Fettleibigkeit, Abbau der Netzhaut und Gehörverlust beobachtet. Die genauen Hintergründe für diese Fehlfunktionen sind unklar, daher sind Erkenntnisse zur Funktionsweise von Tubby wichtig.

Die Familie der Tubby-Proteine spielt eine wichtige Rolle für den Transport von Proteinen in der Zellmembran. In einer genau passenden „Tasche“ binden sie Rezeptorproteine und schleusen diese in feine Härchen, die primären Zilien. Diese Zilien fungieren als Antennen, die Signale außerhalb der Zelle erkennen und ins Zellinnere weiterleiten. Ist ihre Funktion und damit die Signalweiterleitung gestört, können Krankheiten auftreten (Ziliopathien).

Damit Tubby funktioniert, muss es an die Innenseite der Membran andocken, und zwar über ein spezifisches Fettmolekül (PI(4,5)P2), das ausschließlich in der Zellmembran vorkommt. Das Team um FIAS-Fellow Dr. Sebastian Thallmair sowie Prof. Dr. Dominik Oliver (Universität Marburg) und Prof. Dr. Siewert-Jan Marrink (Universität Groningen, Niederlande) untersuchte den Bindungsmechanismus von Tubby an dieses Signallipid genauer. In ihrer aktuellen Veröffentlichung beschreiben sie eine bisher unbekannte Bindestelle des Tubby-Proteins.

„Mit computergestützten Berechnungen identifizierten wir eine zweite Bindungstasche für das Signallipid, neben der bereits bekannten“, so Thallmair. Grundlage für diese Modellrechnungen sind die bekannte Protein-Struktur sowie Informationen zu chemischen und physikalischen Bindungsvorlieben oder Abstoßungsreaktionen einzelner Atomgruppen.

Darüber hinaus zeigte das Team, dass beide Bindestellen kooperieren. „Das bedeutet, dass erstaunlicherweise zwei gebundene Signallipide mehr als doppelt so stark wirken wie nur ein gebundenes Signallipid“, erklärt Thallmair.

Fluoreszenzmarkiertes Tubby-Protein wird auch als Marker verwendet, um Rückschlüsse auf die Lipid-Konzentration verschiedener Membranbereiche zu erhalten. „Wir wollen beispielsweise verstehen, wie das Signallipid – nachdem es abgebaut wurde – wieder synthetisiert wird“, so Thallmair. „Denn es wird offensichtlich nur in bestimmten, eng begrenzten Bereichen der Zellmembran synthetisiert“. Tubby soll dabei helfen, diese Bereiche zu identifizieren.


Publikation: Veronika Thallmair, Lea Schultz, Wencai Zhao, Siewert Jan Marrink, Dominik Oliver, Sebastian Thallmair, Two cooperative binding sites sensitize PI(4,5)P2 recognition by the tubby domain, Sci. Adv. 8, eabp9471 (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abp9471

Abbildung: Tubby-Protein (rot) auf einer Lipidmembran (gelb) mit einem PI(4,5)P2-Signallipid (violett) in der bekannten Bindetasche. Die Aminosäuren der Bindetasche sind in cyan dargestellt, das Wasser als transparente blaue Oberfläche. © V. Thallmair et al., Sci. Adv. 8, eabp9471, 2022

Kontakt
Dr. Sebastian Thallmair
Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS)
Ruth-Moufang-Straße 1
60438 Frankfurt am Main
Tel.: +49 69 798 47658
E-Mail: thallmair@fias.uni-frankfurt.de
Web: https://www.fias.science/de/lebens-und-neurowissenschaften/gruppen/sebastian-thallmair/

Das FIAS (Frankfurt Institute for Advanced Studies) ist eine interdisziplinäre Forschungseinrichtung in Frankfurt am Main. Hier entwickeln international ausgewiesene Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Theorien zu komplexen naturwissenschaftlichen Zukunftsthemen in den Bereichen theoretische Naturwissenschaften, Computerwissenschaften und KI-Systeme sowie Lebens- und Neurowissenschaften. Über die Grenzen der Disziplinen hinweg erforschen sie mit Hilfe mathematischer Algorithmen und Simulationen die komplexen selbstorganisierenden Systeme der Natur. Das FIAS ist eine gemeinnützige Stiftung zwischen der Goethe-Universität und privaten Stiftern und Sponsoren. https://fias.institute/

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Vulkanische Aktivitäten messen

Vulkanische Aktivitäten

Ein 20-jähriger Bachelorstudent am „Frankfurt Institute for Advanced Studies“ (FIAS) am Riedberg hat ein effektives Verfahren entwickelt, um vulkanische Erschütterungen am Beispiel des italienischen Vulkans Stromboli schnell zu erkennen.

Dazu erstellte die FIAS-Gruppe „Seismologie und Künstliche Intelligenz“ einen umfassenden Katalog dieser Ereignisse, der nicht nur die Bewertung der vulkanischen Gefahren, sondern auch die eingehende Untersuchung möglicher Vorläufer großer Ausbrüche auf der Grundlage historischer Daten ermöglicht.

Um vulkanische Aktivitäten zu verstehen und vorherzusehen, werden weltweit Daten zu ihren Aktivitäten gesammelt. Das ist besonders aufwendig für Vulkane vom Typ Stromboli, für die regelmäßige leichte Eruptionen charakteristisch sind. Es kann jedoch auch zu gefährlichen großen Explosionen kommen. So brach der Stromboli zuletzt 2019 heftig aus, was zu einer kilometerhohen Asche-Gas-Wolke und einem Todesopfer führte.

Für die detaillierte Analyse dieser Vulkane werden aufwendig gesammelte Datensätze mit Informationen über vulkanische Erdbeben-Ereignisse benötigt. Diese Daten werden von Computerprogrammen analysiert (Deep-Learning). Vulkane werden weltweit überwacht und analysiert, was allerdings noch viel „Handarbeit“ erfordert.

Um seismische Daten automatisch zu analysieren und zu identifizieren, entwickelte Darius Fenner aus dem FIAS-Forschungsteam von Nishtha Srivastava in Zusammenarbeit mit Georg Rümpker und Horst Stöcker das „Adaptive-Window Volcanic Event Selection Analysis Module“ (AWESAM).

Diese exakte Schritt-für-Schritt-Anleitung für Computer – verwendet unbearbeitete seismische Rohdaten (Erdbeben), um Zeitabstände und Amplituden (Intensitäten) genauer zu messen. Ein spezieller Filter ermöglicht es, sowohl seltene heftige als auch regelmäßige kleine Ereignisse zu registrieren. In einem zweiten Schritt werden diese Messungen mit einer weiteren Station abgeglichen, um lokale Störfaktoren auszuschließen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BmBF) fördert Srivastavas Forschungsteam im Rahmen des Programms „Förderung des weiblichen Nachwuchses“ mit mehr als 1,6 Millionen Euro. Die Gruppe wendet Methoden der künstlichen Intelligenz auf seismische Signale an, um Erdbebenfrühwarnsysteme (EEWs) und die seismische Signalanalyse zu verbessern. Außerdem wollen sie die mit der Freisetzung seismischer Spannungen verbundenen Muster besser verstehen.


Publikation
Darius Fenner, Georg Rümpker, Wei Li, Megha Chakraborty, Johannes Faber, Jonas Köhler, Horst Stöcker and Nishtha Srivastava, Automated Seismo-Volcanic Event Detection Applied to Stromboli (Italy), Front. Earth Sci. 10:809037, doi: 10.3389/feart.2022.809037, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2022.809037/full

Weitere Informationen
https://www.youtube.com/watch?v=8e-mzhxX3zc

Kontakt
Dr. Nishtha Srivastava
Theoretische Naturwissenschaften
Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS)
Tel.: +49 69 798 47618
eMail: srivastava@fias.uni-frankfurt.de
Web: https://www.fias.science/de/theoretische-naturwissenschaften/gruppen/nishtha-srivastava

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Das FIAS unterstützt ukrainische Wissenschaftler

FIAS-Gebäude

Vom Schutzbunker in Kiew zur Forschungsinstitution in Frankfurt

Sieben Wissenschaftler haben eine vorläufige Forschungsstelle am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) gefunden. Persönliches Engagement und die Unterstützung der Alexander von Humboldt-Stiftung und der Stiftung Polytechnische Gesellschaft Frankfurt am Main sichern zwei Professoren, fünf (Post-)Doktoranden und ihren Familienmitgliedern finanzielle Sicherheit, Forschungsmöglichkeiten und eine vorläufige Heimat in Frankfurt.

Roman Poberezhnyuk, promovierter Theoretischer Physiker aus Kiew, traf der Krieg gegen sein Heimatland unvorbereitet im Urlaub in Spanien. Da er schon mehrfach einige Monate als Gastwissenschaftler am FIAS verbracht hatte, lud FIAS-Mitbegründer Horst Stöcker ihn umgehend nach Frankfurt ein. Die FIAS-Verwaltung half bei der Suche nach einer Unterkunft. „Ich bin froh und freue mich über die Hilfe und die produktive Atmosphäre hier“, so Poberezhnyuk. Er erhielt zunächst ein befristetes Stipendium der Stiftung Polytechnische Gesellschaft und wird nun für ein halbes Jahr mit einem Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung unterstützt. Poberezhnyuk arbeitet schon seit Jahren mit Forschenden am FIAS zusammen, um die thermodynamischen Eigenschaften dichter elementarer Materie zu verstehen.

Oleh Savchuk war ebenfalls bereits ein Jahr als Gastwissenschaftler am FIAS. Er hat jetzt ein Jahresstipendium am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und ist Doktorand bei Prof. Mark Gorenstein. Gorenstein ist Forschungsleiter am Bogolyubov-Institut für Theoretische Physik an der Nationalen Akademie für Wissenschaften der Ukraine in Kiew. „Wir erlebten die ersten Bombardements in Kiew, hausten praktisch in einem Schutzbunker und entschieden schließlich im März, mit dem Auto nach Deutschland zu fliehen,“ berichtet der Alexander von Humboldt-Preisträger 2001. Dank eines Stipendiums der Alexander von Humboldt-Stiftung kann Gorenstein nun mit Frau, Tochter und Enkeltochter in Frankfurt leben und am FIAS forschen sowie Phasenübergänge und deren Signaturen in Kooperation mit der GSI experimentell untersuchen.

Auch Maria Khelashvili berichtet von Bombardierungen und häufigem Luftalarm in Kiew. Sie arbeitete am Bogolyubov-Institut an ihrer Promotion über ultraleichte dunkle Materie. „Ich bin sehr froh, dass ich am FIAS die Möglichkeit bekommen habe, meine Forschung fortzusetzen“, so die Physikerin. Sie kann dank eines Stipendiums der Stiftung Polytechnische Gesellschaft ihren Lebensunterhalt bestreiten. Khelashvili forscht auf dem Gebiet der allgemeinen Relativitätstheorie und setzt am FIAS ihre Arbeiten zur statistischen Analyse von Kandidaten der dunklen Materie fort.

Oleksandr Stashko, ein Doktorand aus Kiew, arbeitet ebenfalls auf dem Gebiet der allgemeinen Relativitätstheorie, Gravitation und Materie. Im Herbst wird er als Postdoc nach Princeton, USA, gehen. Bis dahin ist er als Gastwissenschaftler am FIAS untergekommen, finanziert von der Stiftung Polytechnische Gesellschaft: „Ich bin unglaublich dankbar für die Rundum-Unterstützung meines Forschungsaufenthalts hier“.

Im Spätsommer wird Dmitri Anchyshkin mit Frau, eventuell Tochter und Enkel erwartet, der ebenfalls Professor am Kiewer Bogolyubov-Institut für Theoretische Physik ist. Eine weitere Doktorandin, Zhanna Huranova, die ihren Master in Physik und Astronomie vor zwei Jahren in Kiew abschloss, wird im FIAS als Doktorandin zu Big-Data-Analysen arbeiten.

Alle 7 geflüchteten ukrainischen Forschende unterstützen den FIAS-Forschungsschwerpunkt „MAGIC – Matter, Astrophysics, Gravitation, Ions, Cosmology“. Zu diesen Themen bestand bereits von Kiew aus eine enge Zusammenarbeit mit den internationalen MAGIC-Arbeitsgruppen am FIAS.

Die ukrainischen Wissenschaftler und ihre Angehörigen konnten vorübergehend in Gästehäusern der Stiftungen der Goethe-Universität und des Forschungskollegs Humanwissenschaften in Bad Homburg untergebracht werden. Das schnelle und große Engagement haben die Gastwissenschaftler am FIAS vor allem Horst Stöcker zu verdanken: „Es ging mir um rasche Übergangshilfe für Kollegen, die ich persönlich kannte, die teils zögerlich und verängstigt waren“.

Ebenso wie die Allianz der Wissenschaftsorganisationen verurteilt der FIAS-Vorstand den Angriffskrieg auf die Ukraine aufs Schärfste. Auch wenn die Wissenschaft weitgehend politikfrei sein sollte und immer wieder Brücken über internationale Konflikte geschlagen hat, darf niemand diesen Kriegshandlungen tatenlos zusehen. Daher bietet das FIAS ukrainischen Wissenschaftlern Hilfe an, wo auch immer möglich.


Aktuelle Informationen zu Forschung, Projekten und Veranstaltungen unter https://fias.institute/

Das FIAS (Frankfurt Institute for Advanced Studies)
ist eine interdisziplinäre Forschungseinrichtung in Frankfurt am Main. Hier entwickeln international ausgewiesene Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Theorien zu komplexen naturwissenschaftlichen Zukunftsthemen in den Bereichen theoretische Naturwissenschaften, Computerwissenschaften und KI-Systeme sowie Lebens- und Neurowissenschaften. Über die Grenzen der Disziplinen hinweg erforschen sie mit Hilfe mathematischer Algorithmen und Simulationen die komplexen selbstorganisierenden Systeme der Natur. Das FIAS ist eine gemeinnützige Stiftung zwischen der Goethe-Universität und privaten Stiftern und Sponsoren.

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