Michael Group

Genomregulierung und biologische Zeitmessung

Zirkadiane Rhythmen sind universelle biologische Phänomene und kommen in den verschiedensten Lebensformen vor – von einzelligen Grünalgen bis zum Menschen. Sie sind eng mit dem täglichen Hell-Dunkel-Zyklus verbunden und synchronisieren ihre Physiologie und das Verhalten mit dem Sonnentag. Durch diese evolutionären Anpassungen sind die Organismen in der Lage, tägliche Umweltveränderungen vorherzusehen und sich darauf einzustellen. Störungen dieser zirkadianen Rhythmen, die durch äußere Einflüsse oder genetische Faktoren ausgelöst werden, können bei Säugetieren zu zahlreichen Krankheiten führen, darunter Diabetes, Herz-Kreislauf-Probleme, vorzeitige Alterung und Krebs. Besonders bemerkenswert ist, dass fast jede Zelle im menschlichen Körper eine interne molekulare Uhr besitzt, die integrierte biochemische Prozesse in einem ungefähren 24-Stunden-Zyklus orchestriert. Dieses molekulare Uhrwerk koordiniert nukleare Prozesse wie die dreidimensionale (3D) Organisation der DNA, die Transkription und die Ribosomenbiogenese, sodass ein täglicher Höhepunkt der Genaktivität erreicht werden kann.

Ziel des Chromatin Structure and Rhythms Labor ist es, zu entschlüsseln, wie die räumliche Organisation von Genen und makromolekularen Ansammlungen im Zellkern zu einer präzisen und umweltabhängigen Genkontrolle beiträgt. Unser besonderes Interesse gilt der Frage, wie Transkriptionsfaktoren und ihre Cofaktoren mit Chromatin – einer dynamischen Struktur aus DNA und Histonproteinen – interagieren, um die Genaktivität zu steuern. Für unsere Forschung bedienen wir uns an verschiedenen Techniken der Biochemie, chemischen Biologie und Genomik. Damit untersuchen wir, wie das Zusammenspiel zwischen Transkriptionsfaktoren und dem Histoncode – den chemischen Markierungen auf dem Chromatin – die Genregulation beeinflusst. Modernste bildgebende Verfahren wie die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM), einschließlich Einzelpartikel- und Tomographieansätze, kommen bei uns zum Einsatz, um die Ultrastruktur des Chromatins und seiner regulatorischen Komplexe in den Zellen aufzuklären. Durch die Verwendung des zirkadianen Systems als Modell in verschiedenen Organismen, einschließlich menschlicher Zellen und Grünalgen, versuchen wir, grundlegende Prinzipien der Genregulierung über mehrere biologische Skalen hinweg zu entschlüsseln und Einblicke in die Art und Weise zu gewinnen, wie Zellen die Zeit halten.