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Strukturelle Dynamik von Ionenkanälen und -transportern

DFG-Forschergruppe Dynion verlängert

Jülich / Düsseldorf, 7. Mai 2020 – Zehn Teams von acht Forschungsinstitutionen in ganz Deutschland untersuchen in der Forschungsgruppe DynIon, wie Ionenkanäle und -transporter funktionieren. Die Gruppe nutzt dazu sowohl modernste experimentelle Methoden als auch computerbasierte Berechnungsstrategien. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat jetzt die Förderung des Verbundes um drei Jahre verlängert. An diesem von der Universität Jena geleiteten Projekt sind Forscherinnen und Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beteiligt. Partner aus dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) sind neben Prof. Christoph Fahlke (Institut für Zelluläre Biophysik, ICS-4) Jun.-Prof. Mercedes Alfonso Prieto und Prof. Paolo Carloni (Institute for Advanced Simulation, Computational Biomedicine, IAS-5/INM-9) sowie Jun.-Prof. Jan-Philipp Machtens (Institut für Molekular- und Zellphysiologie, IBI-1).

KationenkanalStruktur eines hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) Kationenkanals, der durch Variation des Membranpotentials und Ligandenbindung aktiviert wird. Die Struktur dient als Ausgangpunkt für ausgedehnte Moleküldynamiksimulationen auf atomarer Ebene.
Copyright: HHU / Michele Bonus

Ionenkanäle und -transporter sind Proteinmoleküle, die in den Membranen aller lebenden Zellen vorhanden sind. Sie vermitteln eine Vielzahl von Zellfunktionen, vornehmlich den Transport von Ionen durch die Membran hindurch. Ionenkanäle ermöglichen beispielsweise die schnelle Veränderung der Membrandurchlässigkeit für wichtige Ionen wie Natrium, Kalium oder Calcium. Dadurch erzeugen und verarbeiten sie elektrische Signale in verschiedenen Zellen. Ionentransporter stellen die Konzentration verschiedener Ionen innerhalb und außerhalb von Zellen ein. Zusammen sind beide Klassen von Biomolekülen maßgeblich für grundlegende Lebensprozesse. Deshalb spielen sie auch eine wichtige Rolle für das Verständnis von Krankheitsmechanismen oder für Therapieansätze, etwa bei neurologischen Fehlfunktionen.

Seit drei Jahren untersuchte der Forschungsverbund FOR 2518 „Funktionale Dynamik von Ionenkanälen und Transportern – DynIon“ die Arbeitsweise dieser Durchgangstore durch die Zellmembran. Mit dabei sind zwei Düsseldorf-Jülicher Arbeitsgruppen. Sprecher der Forschergruppe ist Prof. Dr. Klaus Benndorf von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Aufbauend auf den herausragenden Ergebnissen der ersten Förderperiode verlängerte die DFG jetzt die Förderung des Verbundes um drei Jahre.

Der pharmazeutische Chemiker Prof. Dr. Holger Gohlke (Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und NIC-Forschergruppe Computergestützte Biophysikalische Chemie des Forschungszentrums Jülich) wird mit seinem Team krankheitsbeeinflussende Ionenkanäle untersuchen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen auf atomarer Ebene verstehen, wie es durch Kopplung von Veränderungen der Spannung über eine Membran und die Bindung kleiner Moleküle zu einer Aktivierung der Kanäle kommt.

Der Physiologe Prof. Dr. Christoph Fahlke (Institut für Biologische Informationsprozesse, Molekular- und Zellphysiologie (IBI-1) des Forschungszentrums Jülich und Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf) will die Funktion von speziellen Transportmolekülen untersuchen, die bei Nervenzellen den Neurotransmitter Glutamat aus dem synaptischen Spalt entfernen oder im synaptischen Vesikel verpacken.

ForscherporträtsMit dabei bei der DFG-Forschergruppe FOR 2518: Prof. Dr. Christoph Fahlke (links) von der HHU/Forschungszentrum Jülich (ICS-4: Zelluläre Biophysik) und Prof. Dr. Holger Gohlke vom Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie der HHU/ NIC-Forschergruppe Computergestützte Biophysikalische Chemie des Forschungszentrums Jülich.
Copyright: Forschungszentrum Jülich, Ralf-Uwe Limbach / privat

Weitere Informationen

In der Forschergruppe FOR 2518 („Funktionale Dynamik von Ionenkanälen und Transportern – DynIon“) arbeiten Forscher aus den Bereichen Elektrophysiologie, Biophysik, Strukturbiologie und Pharmazie zusammen. Sie kombinieren sowohl experimentelle Verfahren als auch theoretische Ansätze und Computersimulationen, um ein umfassendes Bild ausgewählter Ionenkanäle und -transporter zu erhalten. Die Forschergruppe wird in den kommenden drei Jahren mit insgesamt mehr als vier Millionen Euro von der DFG gefördert.

Ansprechpartner:

Prof. Christoph Fahlke
Institut für Biologische Informationsprozesse, Molekular- und Zellphysiologie (IBI-1)
Tel.: 02461 61-3016
E-Mail: c.fahlke@fz-juelich.de

Prof. Dr. Holger Gohlke
NIC-Forschungsgruppe Computational Biophysical Chemistry am Jülich Supercomputing Centre (JSC)
Tel. 02461 61-9711
E-Mail: h.gohlke@fz-juelich.de


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