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AG Walter - Molekulare Zellphysiologie

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Gerichtete Bewegung ist wahrscheinlich das auffälligste Merkmal von Lebewesen. Die Bewegung wird direkt oder indirekt durch die Wirkung von Mechanoenzymen – den sogenannten Motorproteinen –erzeugt, die sich entlang des Zytoskeletts bewegen. Sie ermöglichen den gerichteten Transport von Vesikeln und anderer Ladung und etablieren und erhalten die komplexe intrazelluläre Struktur.

Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Charakterisierung von Motorproteinen. Wir verfolgen einen Ansatz, der auf zwei sich ergänzenden Säulen aufbaut: (i) der Charakterisierung der biophysikalischen Eigenschaften von Motorproteinen durch mehrere etablierte und neu entwickelte in vitro-Experimente und (ii) der Analyse der physiologischen Funktionen von Motorproteinen durch in vivo-Experimente wie Knock-outs, Überexpressionen oder Lokalisierungsstudien.

Darüber hinaus konzentrieren wir uns nicht ausschließlich auf die Grundlagenforschung, sondern nutzen unsere technischen Fähigkeiten, um unsere Arbeit auf den biotechnologischen Bereich auszudehnen. Derzeit konzentrieren wir uns auf drei Hauptthemen:

I. Motorproteine als Grundlage intrazellulärer Bewegung

Abb. 1 Mikrotubuli werden im Gleitassay von Motorproteinen transportiert.

Motorproteine sind faszinierende Proteinmaschinen, die sich aktiv entlang des Zytoskeletts bewegen. Die größte Motorproteingruppe in Pflanzen bilden Kinesine, die sich entlang von Mikrotubuli bewegen. Über die Funktion der Motorproteine und insbesondere des Kinesins in Pflanzen ist nur sehr wenig bekannt. An verschiedenen Modellsystemen beschäftigt sich unsere Arbeitsgruppe damit, die biophysikalischen und physiologischen Eigenschaften der beteiligten Motorproteine zu bestimmen – z.B. seine Geschwindigkeit, Laufrichtung, Prozessivität, Steifigkeit, oder Bindekinetiken – mittels bereits etablierter oder neuentwickelter in vitro Methoden. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Fluoreszenzmikroskopie und insbesondere auf interner Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie. Zum anderen verwenden wir eine Vielzahl klassisch pflanzenphysiologischer Techniken – z.B. Expressionstests mittels RT-PCR oder Q-PCR, Lokalisationsexperimente mit Fluoreszenzmarkierungen oder GUS-Färbung, Knockouts und Überexpressionen – um die physiologische Rolle eines Motors in vivo aufzuklären. Erst die Kombination biophysikalischer Eigenschaften und physiologischer Funktion erlaubt eine vollständige Charakterisierung der jeweiligen Motoren.

Unser Projekt "Biophysikalische in vivo-Charakterisierung von Motorproteinen auf der Einzelmolekülebene"wurde von der Berthold-Leibinger-Stiftung gefördert.

Abb. 2 Intrazellulärer Transport von Spermienzellen in einem Pollenschlauch.

II. Mikroalgen in der Zellbiologie und Biotechnologie

Mikroalgen sind ein interessantes Modellsystem für die Zellbiologie und eine vielversprechende Grundlage für verschiedene biotechnologische Anwendungen. Wir interessieren uns unter anderem für die verschiedenen Zellteilungsmechanismen der Mikroalgen und für ihr Potenzial als Expressionssysteme.

Abb. 1 Mikroalgen als Expressionsystem für GFP (grün). Walter/UHH

Unser Projekt Alternative Treibstoffe aus Cyanidioschyzon merolae wurde von der Ausgleichsstiftung Landwirtschaft und Umwelt gefördert.

III. Entwicklung neuer Transformationsstrategien

Die gezielte Veränderung des pflanzlichen Erbguts ist die Grundlage moderner Forschung und anwendungsorientierter Züchtung. In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir neue Methoden für die Transformation von Zellen und Geweben.

Unser Projekt "TarBreed - Zielgerichtete Züchtung von Raps (Brassica napus) und Kartoffel (Solanum tuberosum) mit einem nicht transgenen, sequenzspezifischen Mutagenesesystem" wurde vom BMBF im Rahmen der Initiative “Plant Breeding Research for the Bioeconomy 2015” gefördert.