Leopold-Franzens-Universität Innsbruck. Centrum für Molekulare Biowissenschaften Innsbruck. Koordinatoren: K. Bister, B. Pelster, J.

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1 Leopold-Franzens-Universität Innsbruck Centrum für Molekulare Biowissenschaften Innsbruck Koordinatoren: K. Bister, B. Pelster, J. Striessnig

2 Impressum Inhalt: Layout: Kontakt: Druck: Umschlagbild: Sponsoring: O.Univ.-Prof. Dr. Klaus Bister O.Univ.-Prof. Dr. Bernd Pelster Univ.-Prof. Dr. Jörg Striessnig Gabi Reiter, Carmen Drolshagen alle: Universität Innsbruck Centrum für Molekulare Biowissenschaften Innsbruck Universität Innsbruck Peter-Mayr-Straße 1a A-6020 Innsbruck Tel: Fax: Fred Steiner A-6074 Rinn, Am Krössbach 2 Blick auf die Stirnseite einer DNA-Doppelhelix; adaptiert von Scientific American 253 (4), (1985) Hypo Tirol Bank AG, Innsbruck 2004 by CMBI

3 The Center for Molecular Biosciences (CMBI) at the University of Innsbruck is a new integrative and multidisciplinary research and teaching institution whose mission is to advance studies on the structure, function and interaction of biological macromolecules and small compounds relevant for cellular growth, metabolism, and development.

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5 Inhalt Vorworte Manfried Gantner und Tilmann Märk Georg Wick Erwin F. Wagner Peter K. Vogt Überblick 1 Mitglieder 3 Forschungsthemen Regulation von Zellfunktionen durch Proteinmodifikationen 5 Onkogene Transkriptionsfaktoren und ihre zellulären Targets 7 Bioanalytik 9 Bioaktive Metallkomplexe in Lösung und chemische Evolution von Aminosäuren und Peptiden 11 Dynamische Mechanismen der DNA-Sequenzerkennung 13 Naturstoffchemie und chemische Biologie der Pigmente des Lebens und strukturbiologische Studien ihrer makromolekularen Interaktionen 15 Synthese, Struktur und Funktion chemisch modifizierter RNA 17 Spannungsabhängige Calciumkanäle als Ziele neuer Arzneistoffe 19 Bioaktive Naturstoffe aus dem Pflanzenreich 21 Wirkstoffe, die ihre Wirkung über Opioidrezeptoren vermitteln 23 In silico Screening zur Auffindung neuer Leitstrukturen 25 Zelluläre Volumen-, Ionen- und Stoffwechselhomöostase 27 Stammzelldifferenzierung, Regeneration und Selbstorganisation basaler Vielzeller 29 Spurenelementhomöostase in tierischen Zellen 31 Inelastische Wechselwirkung von langsamen Elektronen mit biologisch relevanten Molekülen 33 iv vi vii viii iii

6 Vorwort Univ.-Prof. Dr. M. Gantner Rektor Leopold-Franzens-Universität Innsbruck Univ.-Prof. Dr. T. Märk Vizerektor für Forschung Leopold-Franzens-Universität Innsbruck Mit der Umsetzung des Universitätsgesetzes 2002 beginnt für die Universitäten eine neue Ära, die durch eine größere Autonomie, aber damit verbunden auch durch eine größere Selbstverantwortung geprägt ist. Dieser Neubeginn impliziert zwangsläufig eine kritische Bestandsaufnahme verbunden mit der Frage, wie sich die Leopold-Franzens- Universität entwickeln kann, um den StudentInnen eine Ausbildung auf höchstem Niveau bieten zu können. In einer Forschungslandschaft, die durch immer weitergehende Spezialisierung mit zunehmend differenzierteren Ergebnissen in den einzelnen Disziplinen charakterisiert ist, wird eine klare Schwerpunktsetzung und Profilbildung unumgänglich. Nur so kann eine Position im internationalen Spitzenfeld der Forschung erreicht und behauptet werden. Um diesen Ansprüchen gerecht werden zu können, hat die Leopold-Franzens- Universität in ihrem Organisationsplan die Errichtung von interfakultären Organisationseinheiten mit Forschungsaufgaben vorgesehen. Mit der Errichtung des Centrums für Molekulare Biowissenschaften (CMBI) als eine erste interfakultäre Organisationseinheit möchte die Leopold-Franzens-Universität einen klaren Akzent in der biomolekularen und zellbiologischen Forschung setzen. Die biologische Forschung erlebt international eine Blütezeit, und die Biowissenschaften werden häufig als die Wissenschaft des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Dieser Erfolg basiert einerseits auf den spektakulären methodischen Entwicklungen in Physik und Chemie und andererseits auf dem großen Interesse an Ergebnissen aus der molekularbiologischen und strukturbiologischen Forschung sowie der Biotechnologie. Mit der Bündelung der in diesem Forschungsbereich an der Leopold-Franzens-Universität arbeitenden 15 international hervorragend ausgewiesenen Arbeitsgruppen aus den Bereichen Biologie, Chemie, Pharmazie und Physik wird eine bessere Ausnutzung und iv

7 Synergie der vorhandenen Forschungskapazitäten der beteiligten Institute erreicht und zudem ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt, in dem eine Brücke von der Biochemie und Biophysik zu Fragestellungen in der Biologie gelegt wird. Die soeben an der Leopold- Franzens-Universität ausgeschriebenen zusätzlichen Professuren für Molekulare Ökologie und Molekulare Entwicklungsbiologie sollen zu einer weiteren Stärkung dieses Zentrums beitragen. Die Leopold-Franzens-Universität unterstützt die begonnenen Aktivitäten des CMBI und leitet damit den Start für ein in unserer modernen Wissensgesellschaft auch international renommiertes und attraktives Ausbildungs- und Forschungszentrum der Spitzenklasse ein. Manfried Gantner Tilmann Märk Juni 2004 v

8 Vorwort O. Univ.-Prof. Dr. Georg Wick Medizinische Universität Innsbruck Präsident des Wissenschaftsfonds (FWF) Der Bitte um Verfassung eines Vorworts für die vorliegende Broschüre anlässlich der Etablierung des CMBI komme ich gerne nach. Ich tue dies aus verschiedener Warte, und zwar als aktiver Wissenschaftler auf dem Gebiet der molekularen Medizin, als Mitglied der erst vor kurzem von der Gesamtuniversität in Innsbruck abgespaltenen Medizinischen Universität Innsbruck (MUI), als Leiter einer der Divisions innerhalb des von der MUI vor kurzem gegründeten Biocenters und schließlich, als Präsident des Wissenschaftsfonds (FWF), der für die Förderung der Grundlagenforschung in Österreich verantwortlich ist. Die Gründung eines Center for Molecular Biosciences (CMBI) in Innsbruck an der Leopold-Franzens-Universität (LFU) und eines Biocenter an der MUI manifestiert das existierende beträchtliche Knowhow auf zell- und molekularbiologischen Gebieten an diesem Standort, und die Protagonisten beider Zentren können wie auch aus der vorliegenden Broschüre ersichtlich auf einschlägige Publikationen in Topjournals und auf umfangreiche Drittmitteleinwerbung verweisen. Jede derartige Aktivität trägt zur Erweiterung der kritischen Masse und damit der Erhöhung der Attraktivität Innsbrucks für StudentInnen und junge promovierte WissenschaftlerInnen bei. Sowohl aus lokaler, als auch aus nationaler und internationaler Sicht halte ich es für sehr sinnvoll, möglichst rasch das naturwissenschaftlich orientierte CMBI der LFU und das medizinisch orientierte Biozentrum an der MUI in einem gemeinsam getragenen Zentrum zu verbinden. Innsbruck wäre für ein derartiges Vorhaben prädestiniert, unter anderem auch aufgrund der Tatsache, dass die Entfernungen zwischen den einzelnen Labors und vor allem zur zentral am Medizinischen Campus gelegenen Universitätsklinik etwa im Vergleich zu Wien sehr gering sind. Durch Zusammenführung der Spitzenforschung der biomolekularen Forschungszentren der beiden Landesuniversitäten würde eine schlagkräftige international hervorragend positionierte Einheit entstehen. Georg Wick Juni 2004 vi

9 Vorwort Erwin F. Wagner, Ph.D. Deputy Director Research Institute of Molecular Pathology (IMP) Vienna, Austria I was always impressed by what Innsbruck has to offer and it is great to see that there is now a concerted effort to strengthen the molecular and biological sciences as well as sharpening public awareness of the Life Sciences. The generation of the Center for Molecular Biosciences Innsbruck within the LFU is a clear signal that Innsbruck may become a center of excellence like the Vienna Biocenter. The intention to strengthen the partnership with the Medical University in Innsbruck as well as the foundation of a graduate school will provide an additional dimension to the Innsbruck site. I wish all members of the CMBI all the very best with this new enterprise. Erwin F. Wagner June 2004 vii

10 Vorwort Peter K. Vogt, Ph.D. Professor The Scripps Research Institute La Jolla, California, USA Member of the National Academy of Sciences Over the past hundred years biology has grown immensely in scope, strength, and societal importance. It is now one of the core natural sciences, together with physics and chemistry. Advances in our knowledge of the molecular basis of life have had a profound impact on fields as diverse as agriculture and medicine. Abundant and improved food supplies and novel, revolutionary and effective therapies for a host of diseases have been major benefits. The practical consequences of the new biology are complemented by a dominant intellectual message that emanates from biological research with increasing intensity: the unity of life. All life forms are related and depend on identical molecular mechanisms for reproduction, inheritance and maintenance; they are variations of a common, grand theme. Consequently, all biological research extending to work on the most humble, simple organisms has inherent relevance for humanity. The founding of the new Centrum für Molekulare Biowissenschaften at the Leopold- Franzens-University in Innsbruck reflects these practical and theoretical consequences of biology in the 21 st century. The year 2004 is a particularly auspicious one for this new academic structure, because in this year, we observe four important anniversaries. They remind us of turning points in the history of biological sciences, specifically the history of genetics which has been the major driving force in the development of molecular biosciences. This is a good place to reflect on these anniversaries. The first anniversary takes us back 120 years, to 1884, the year Johann Gregor Mendel died, unrecognized. Today it is difficult to comprehend the 30-year eclipse of Mendel's work. Mendel's monastery in Brno was not an ordinary one. It was more a community of scholars, primarily interested in science and less in religious doctrine or pastoral work. At the time Mendel joined, it was led by a physicist. The activities and decidedly liberal bend of thought favored in that abbey were not at all appreciated by church and secular authorities, and there were some dramatic confrontations. Fortunately, Mendel was spared a pastoral assignment and so could devote his time to studies on plant hybridization. He is sometimes depicted as a dabbler who just chanced viii

11 upon these curious ratios that reflect the basic laws of genetics. Nothing could be further from the truth. Mendel knew very well what he was doing, and his background in physics (he had been an assistant of the famous Professor Doppler in Vienna) made him a disciplined reductionist. The choice of simple markers for his experiments was crucial and led him to look at phenotypic changes controlled by single genes, assuring success where others, pursuing complex characteristics, failed and continued to fail. Mendel was disappointed by the lack of response to his work. However, he often remarked to his friends: "Meine Zeit wird schon kommen". He was right. The second anniversary remembered this year is 1904, when the British naturalist William Bateson coined the term "genetics". Before, that area of biology was referred to as the study of heredity. Bateson was a strident Darwinist and became an enthusiastic follower of the rediscovered Mendel. It was largely Bateson's influence that established genetics as a distinct, vigorous discipline in biology. Genetics has energized the field throughout the 20 th century. Ironically, Bateson, the champion of genetics, did not believe that chromosomes had anything to do with heredity. And that failure of judgment by an early pioneer leads to the third anniversary: in 1914, 90 years ago, Theodor Boveri published his groundbreaking work "Zur Entstehung maligner Tumoren". Boveri's observations of chromosomes in cancer cells led him to conclude that cancer results from specific changes in the hereditary make-up of the cell. The idea that cancer is a genetic disease, reflecting specific somatic or germline lesions is today firmly established. In the broader area of genetics, Boveri is remembered for two fundamental contributions that were much more readily accepted than his ideas on cancer, for his discovery of meiosis and for the hypothesis postulating that chromosomes are the carriers of genetic material and of genetic information. Boveri put chromosomes into genetics. The fourth anniversary takes us to 1944 when the molecular era of genetics and of biology started with the revolutionary discovery by Avery, McLeod and McCarty showing that DNA is the ultimate depository of genetic information and directs this information in the environment of the living cell. This work was met with considerable skepticism, because DNA, containing only four constituent bases, appeared to be too simple for harboring large amounts of information. Proteins were universally favored as primal genetic determinants. Avery and his colleagues made one of the greatest scientific discoveries of the last century. Together with the DNA double helix of Watson and Crick, their work marks the equivalent of the Copernican revolution in biology. We can derive encouragement and enlightenment from these anniversaries. They teach us a simple truth: in science more than anywhere else, everyone stands on the ix

12 shoulders of those who have labored in the field before. And every scientist today will offer shoulders to stand on for those who follow. The new Centrum für Molekulare Biowissenschaften will generate an environment that invites and facilitates synergizing interactions between diverse biological disciplines. Opportunities for discovery will multiply. The new Centrum will also create the mentoring, nurturing and challenging surroundings for new generations of scientists. I offer my best wishes for the growth and success of this innovative academic institution. Peter K. Vogt June 2004 x

13 Centrum für Molekulare Biowissenschaften Innsbruck (CMBI) Das CMBI (Centrum für Molekulare Biowissenschaften Innsbruck) an der Leopold- Franzens-Universität (LFU) ist eine interfakultäre und interdisziplinäre Ausbildungsund Forschungsinstitution, deren wissenschaftlicher Schwerpunkt auf der Aufklärung biologischer Prozesse auf molekularer Ebene liegt. Die 15 am CMBI beteiligten Arbeitsgruppen aus den Fakultäten für Biologie, für Chemie und Pharmazie, sowie für Mathematik, Informatik und Physik haben in den letzten fünf Jahren ein Gesamtvolumen von 14.9 Mio. an Forschungsförderung eingeworben und neben exzellenten Publikationen aus der Grundlagenforschung auch eine Reihe innovativer und anwendungsorientierter Industrieprojekte hervorgebracht. Ziel der im CMBI gebündelten Forschungsaktivitäten ist die Aufklärung von Struktur, Funktion und Interaktion biologischer Makromoleküle und anderer biologisch relevanter Verbindungen, die Wachstum, Metabolismus und Entwicklung bewirken und steuern, oder die Basis von Verhalten sind. Das Gebiet der molekularen Grundlagen- und angewandten Forschung am CMBI erstreckt sich dabei von der Struktur und Dynamik biologischer Makromoleküle in atomarer Auflösung, über die molekulargenetische Basis physiologischer und pathophysiologischer Prozesse und ihre Beeinflussung durch natürliche oder synthetische Wirkstoffe, über zelluläre Funktion und Zell-Zell Kommunikation, bis hin zur Entwicklung ganzer Organismen. Die durch die Mitglieder des CMBI vertretenen Wissenschaftsgebiete sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst, und die aktuellen Forschungsprojekte werden in den anschließenden Beiträgen der einzelnen Arbeitsgruppen beschrieben. Die im CMBI vorhandene und ständig weiterentwickelte experimentelle Expertise umfasst Methoden der Biochemie, Molekulargenetik, Gentechnologie, Bioanalytik, organischen und pharmazeutischen Synthese, chemischen Strukturbiologie, Pharmakologie, Zellphysiologie, Strahlenphysik und Bioinformatik. Die besonders in den molekularen Biowissenschaften notwendige interdisziplinäre Kooperation wird durch den Zusammenschluss der durch exzellente Publikationen und hohe Drittmitteleinwerbung ausgewiesenen Forschungsgruppen im CMBI wesentlich gefördert. Hierzu dienen regelmäßiger Informations- und Methodenaustausch, die Entwicklung und Bearbeitung gemeinsamer wissenschaftlicher Projekte, und die effiziente Nutzung von modernsten Infrastrukturausrüstungen, Serviceeinrichtungen und Großgeräten. Das CMBI dient nicht nur der Bündelung von Forschungsaktivitäten, sondern wird durch spezielle Lehrprogramme (Graduiertenkollegs) auch eine international anerkannte Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses in den molekularen Biowissenschaften an der LFU sicherstellen. Die von engagierten Wissenschaftlern getragenen, 1

14 auf hoch motivierte Studierende zugeschnittenen Graduiertenprogramme am CMBI werden den besonderen Vorteil von biomolekularer Ausbildung in einem aktiven Forschungsumfeld bieten. Diese Ausbildung wird das Erlernen selbstständigen wissenschaftlichen Arbeitens und modernster experimenteller Methoden, sowie das Vermitteln allgemeiner wichtiger Kenntnisse und Fähigkeiten für das spätere Berufsleben umfassen. Regelmäßige interdisziplinäre wissenschaftliche Seminare auf höchstem Niveau sowie der jährliche Leistungsbericht in Form einer auch für Studierende zugänglichen wissenschaftlichen Tagung aller beteiligten Gruppen (Annual CMBI Meeting) dienen der wissenschaftlichen Fortbildung und Leistungsförderung. Das Ausbildungs- und Weiterbildungsprogramm des CMBI wird ergänzt durch international attraktive Forschungsstellen für Postdoktoranden. Das CMBI ist eine strategisch wichtige und zukunftsweisende Einrichtung der LFU, die es ihr auf effiziente Weise ermöglicht, das höchst aktuelle Wissenschaftsfeld der molekularen Biowissenschaften mit Nachdruck zu fördern. Es ist darüber hinaus auch ein wichtiges strukturpolitisches Signal der LFU zur Etablierung und Intensivierung wissenschaftlicher Interaktionen und Kooperationen mit ähnlichen Forschungseinrichtungen im In- und Ausland. Von besonderer Bedeutung ist hierbei das Entwickeln und intensive Fördern einer lokalen produktiven Partnerschaft mit der Medizinischen Universität Innsbruck und der Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik. Die molekularen Biowissenschaften sind hierfür eine hervorragende wissenschaftliche Schnittstelle zwischen den Innsbrucker Universitäten. Durch sein exzellentes Ausbildungs- und Forschungskonzept erhöht das CMBI die nationale und internationale Attraktivität des Standortes Innsbruck für Studenten, Postdoktoranden, zu berufende Wissenschaftler und industrielle Partner auf dem Gebiet der molekularen Biowissenschaften. 2

15 Mitglieder Name Fakultät Forschungsfeld Bernhard Auer Chemie und Pharmazie Molekularbiologie, Biotechnologie Rainer Schneider Klaus Bister Chemie und Pharmazie Biochemie, Molekulargenetik Theresia Dunzendorfer-Matt Markus Hartl Günther Bonn Chemie und Pharmazie Bioanalytik Christian Huck Günther Stecher Bernd Rode Chemie und Pharmazie Struktur und Dynamik flüssiger Systeme, Chemische Evolution Klaus Liedl Chemie und Pharmazie Theoretische und Biophysikalische Chemie Bernhard Kräutler Chemie und Pharmazie Strukturbiologie, Naturstoffchemie Kathrin Breuker Christian Eichmüller Ronald Micura Chemie und Pharmazie Chemische Biologie von Nukleinsäuren Jörg Striessnig Chemie und Pharmazie Zellbiologie, Neuropharmakologie Nicolas Singewald Hermann Stuppner Chemie und Pharmazie Pharmazeutische Biologie, Phytochemie Helmut Schmidhammer Chemie und Pharmazie Pharmazeutische Chemie, Johannes Schütz Wirkstoffentwicklung Mariana Spetea Thierry Langer Chemie und Pharmazie Computerunterstütztes Wirkstoffdesign Bernd Pelster Biologie Zellbiologie, Zellphysiologie Gerhard Krumschnabel Thorsten Schwerte Reinhard Rieger Biologie Entwicklungsbiologie, Zellbiologie Bert Hobmayer Peter Ladurner Reinhard Dallinger Biologie Zellphysiologie Margit Egg Tilmann Märk Mathematik, Informatik Strahlenphysik, Biophysik Paul Scheier und Physik 3

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17 Regulation von Zellfunktionen durch Proteinmodifikationen Bernhard Auer und Rainer Schneider Institut für Biochemie, Universität Innsbruck (http://biochemistry.uibk.ac.at/) Die Proteinmodifikationen stellen wichtige Mechanismen der zellulären Regulation dar. In unseren Projekten beschäftigen wir uns mit der Steuerung von spezifischen zellulären Prozessen, wie Zellproliferation, Apoptose und Entwicklung, durch Proteinmodifikationen (Phosphorylierung/Dephosphorylierung, Ubiquitinierung, proteolytische Aktivierung/Inaktivierung, ADP-Ribosylierung). Weiters untersuchen wir die pathophysiologische Bedeutung dieser Prozesse. Neben der Entdeckung der Bedeutung des Ubiquitinsystems für die Parkinsonerkrankung ist es uns vor kurzem auch gelungen einen wichtigen neuartigen Zusammenhang zwischen den zwei häufigsten Proteinmodifikationen, nämlich Phosphorylierung und Ubiquitinierung, zu entdecken. Die Drehscheibe ist in diesem Fall das MID1 Protein, welches beim Opitz BBB/G Syndrom, einer Erbkrankheit mit Entwicklungsstörungen (Lippen-Kiefer-Gaumenspalte und andere schwere Defekte in der Körpermittellinie), mutiert ist. In ausführlichen funktionellen Studien zeigten wir, dass MID1 den kontrollierten Abbau der Proteinphosphatase 2A (PP2A) steuert, indem PP2A über ein Kopplungsprotein (α4) an MID1 gebunden wird und dadurch ubiquitiniert und abgebaut werden kann. Da es sich bei PP2A um einen zellulären Hauptregulator handelt, der antitumorale Eigenschaften aufweist, wollen wir unsere Entdeckung dazu nutzen, Möglichkeiten zu finden, die Menge an PP2A in der Zelle zu erhöhen, um auf dieser Modell der MID1-vermittelten Ubiquitin-abhängigen Regulation von PP2A (a) und ihrer Störung beim Opitz-Syndrom, die zur Anhäufung von PP2A führt (b). [Schweiger, S. & Schneider, R. (2003), BioEssays 25, ] 5

18 Basis neue Krebstherapien zu entwickeln. Durch Störung der MID1-Funktion, entweder durch Verringerung (sirna) oder Abfangen (mit dominant negativen Effektoren) des Kopplungsproteins bzw. durch Eingriff in die Regulation von MID1 oder des Ubiquitin- Systems wollen wir eine Erhöhung von PP2A in der Zelle erreichen und dann die entsprechenden Auswirkungen auf Zellen (Phosphoproteomics) und wichtige Prozesse, wie Proliferation und Apoptose, analysieren. Weiters werden im Rahmen der Entwicklung eines E. coli Expressionssystems zur Darstellung von Biopharmazeutika die Struktur und die Funktionen der viralen Autoprotease Npro durch protein-engineering und strukturchemische Methoden charakterisiert. Die Untersuchung der biologischen Rolle der polyadp-ribosylierung, einer bedeutenden posttranslationalen Modifikation von vielen Proteinen, wird durch Isolierung und Charakterisierung von neuen polyadp-ribosyltransferasen sowie mittels veränderter Expression der entsprechenden Gene (knock-out, knock-down, ektopische Expression) in Modellorganismen (Maus, D. discoideum) vorangetrieben. Ausgewählte Publikationen Schweiger, S. & Schneider, R. (2003). The MID1/PP2A complex: a key to the pathogenesis of Opitz BBB/G syndrome. BioEssays 25, Boehm, T., Hofer, S., Winklehner, P., Kellersch, B., Geiger, C., Trockenbacher, A., Neyer, S., Fiegl, H., Ebner, S., Ivarsson, L., Schneider, R., Kremmer, E., Heufler, C. & Kolanus, W. (2003). Attenuation of cell adhesion in lymphocytes is regulated by CYTIP, a protein which mediates signal complex sequestration. EMBO J. 22, Trockenbacher, A., Suckow, V., Foerster, J., Winter, J., Krauß, S., Ropers, H.-H., Schneider, R. & Schweiger, S. (2001). MID1, mutated in Opitz syndrome, encodes an ubiquitin ligase that targets phosphatase 2A for degradation. Nature Genet. 29, Shimura, H., Schlossmacher, M.G., Hattori, N., Frosch, MP., Trockenbacher, A., Schneider, R., Mizuno, Y., Kosik, K.S. & Selkoe, D.J. (2001). Ubiquitination of a new form of α-synuclein by parkin from human brain: implications for Parkinson s disease. Science 293, Berghammer, H., Ebner, M., Marksteiner, R. & Auer, B. (1999). padprt-2: a novel mammalian polymerizing(adp-ribosyl)transferase gene related to truncated padprt homologues in plants and Caenorhabditis elegans. FEBS Lett. 449, Drittmittelförderung FWF F205 (SFB F2 Biologische Kommunikationssysteme): Intrazelluläre Signaltransduktion und Genexpression - Effekt der poly(adp-ribosyl)ation ( ) FWF F2103 (SFB F21 Zellproliferation und Zelltod in Tumoren): Identifikation und Evaluierung von Kinase Substraten Modulation der PP2Ac Level zum Studium seiner Wirkung auf Survival, Proliferation und Apoptose ( ) OeNB 7961: Ubiquitin-System und Dynamine ( ) Austrian Center of Biopharmaceutical Technology (K ind ): Virale Autoprotease Npro ( ) 6

19 Onkogene Transkriptionsfaktoren und ihre zellulären Targets Klaus Bister, Theresia Dunzendorfer-Matt und Markus Hartl Institut für Biochemie, Universität Innsbruck (http://biochemistry.uibk.ac.at/) Die prinzipiellen wissenschaftlichen Ziele unseres Forschungsprogrammes bestehen in der Definition der Struktur und Funktion von Onkogenen und ihrer Proteinprodukte, sowie der Erforschung der molekularen Mechanismen der zellulären Proliferationskontrolle und der Tumorentstehung. Für onkogene Transkriptionsfaktoren, wie Myc oder Jun, erfordert dies die Identifikation der direkten und indirekten Target- Gene dieser Proteine. Die spezifischen Ziele dieses Projektes sind gerichtet auf die strukturelle und funktionelle Charakterisierung von bereits in diesem Labor isolierten Target-Genen (Q83, CSRP2, JAC, TOJ3), auf die Identifizierung neuer Target-Gene für Myc und Jun durch umfassende Genexpressionsanalysen und auf strukturelle und dynamische Untersuchungen von Transkriptionsfaktor DNA Interaktionen. Mechanismus der transkriptionellen Regulation des Target-Gens Q83 durch das Myc/Max Transkriptionsfaktor-Netzwerk und Struktur seines Lipocalin Proteinproduktes [Hartl et al. (2003), J. Mol. Biol. 333, 33-46] Das Expressionsmuster von WS5, einem neuen Genisolat aus diesem Labor, in konditional oder nicht-konditional myc-transformierten Geflügelfibroblasten weist stark darauf hin, dass es sich um ein direktes transkriptionelles Target-Gen des Myc Proteins handelt. Die komplette Struktur des WS5 Gens und die molekularen Mechanismen seiner transkriptionellen Regulation sollen bestimmt werden. WS5 ist eng verwandt zu Genen, die melanosomale Membranproteine kodieren und im humanen malignen Melanom überexprimiert sind, einem Tumor mit häufig beobachteter myc Überexpression. Die Struktur und transkriptionelle Regulation der humanen WS5 Homologe und ihre Deregulation im malignen Melanom sollen analysiert werden. Für das Proteinprodukt 7

20 (CRP2) eines in transformierten Zellen supprimierten Target-Gens (CSRP2) konnten wir nachweisen, dass es mit EB1 interagiert, das auch ein Bindungspartner des humanen Tumorsuppressor-Proteins APC ist. Wir werden den Mechanismus dieser CRP2 - EB1 Interaktion im Detail strukturell und funktionell untersuchen, und die funktionelle Relevanz bei der Zelltransformation erforschen. Weiterhin planen wir die Isolierung neuer Myc und Jun Target-Gene unter Verwendung konditionaler Zelltransformationssysteme und Anwendung von umfassenden open-system Genexpressionsanalysen. Neue differenziell exprimierte Gene sollen detailliert auf ihre molekulare Verbindung zu den induzierenden Onkogenen und auf ihre biochemische Funktion untersucht werden. Außerdem werden wir in Fortführung unserer langjährigen erfolgreichen Kooperation mit strukturchemischen Partnern die Lösungsstruktur und Dynamik onkogener Transkriptionsfaktorkomplexe analysieren und die Mechanismen ihrer spezifischen Interaktion mit DNA von Target-Genen aufklären. Ausgewählte Publikationen Fieber, W., Schneider, M.L., Matt, T., Kräutler, B., Konrat, R. & Bister, K. (2001). Structure, function, and dynamics of the dimerization and DNA binding domain of oncogenic transcription factor v-myc. J. Mol. Biol. 307, Schüler, W., Kloiber, K., Matt, T., Bister, K. & Konrat, R. (2001). Application of cross-correlated NMR spin relaxation to the zinc-finger protein CRP2(LIM2): evidence for collective motions in LIM domains. Biochemistry 40, Bader, A.G., Schneider, M.L., Bister, K. & Hartl, M. (2001). TOJ3, a target of the v-jun transcription factor, encodes a protein with transforming activity related to human microspherule protein 1 (MCRS1). Oncogene 20, Hartl, M., Reiter, F., Bader, A.G., Castellazzi, M. & Bister, K. (2001). JAC, a direct target of oncogenic transcription factor Jun, is involved in cell transformation and tumorigenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, Hartl, M., Matt, T., Schüler, W., Siemeister, G., Kontaxis, G., Kloiber, K., Konrat, R. & Bister, K. (2003). Cell transformation by the v-myc oncogene abrogates c-myc/max-mediated suppression of a C/EBPß-dependent lipocalin gene. J. Mol. Biol. 333, Drittmittelförderung FWF F211 (SFB F2 Biologische Kommunikationssysteme): Onkogene und Zellproliferation ( ) FWF P17041: Onkogene Transkriptionsfaktoren und ihre zellulären Zielgene ( ) FWF J1874 Schrödinger Stipendium ( ) FWF J2101 Schrödinger Stipendium ( ) FWF J2278 Schrödinger Stipendium ( ) FWF J2137 Schrödinger Stipendium ( ) FWF J2292 Schrödinger Stipendium (2003) OeNB 7357: Identifizierung und Charakterisierung transformationsspezifischer Zielgene des onkogenen Transkriptionsfaktors Jun ( ) 8

21 Bioanalytik Günther Bonn, Günther Stecher und Christian Huck Institut für Analytische Chemie und Radiochemie, Universität Innsbruck (http://www.uibk.ac.at/c/c7/c725/) Die wissenschaftlichen Hauptziele unseres Forschungsprogrammes am Institut für Analytische Chemie und Radiochemie sind die Entwicklung neuer stationärer Phasen für die Chromatographie, die Elektrophorese und Massenspektroskopie (ESI-MS, APCI-MS, MALDI-TOF-MS, SELDI-TOF-MS), und deren Anwendung in den Bereichen Genomics, Proteomics, Metabolomics, Phytomics und Tumordiagnostik. Bei den Trägermaterialien handelt es sich dabei vorwiegend um monolithisches bzw. partikuläres Poly- (Styrol/Divinylbenzol), encapsuliertes Kieselgel, monolithisches bzw. partikuläres Poly- (Glycidylmethacrylat/Divinylbenzol), Cellulose, Nanotubes sowie Graphit und Diamant. Diese Materialien werden für spezifische Anwendungszwecke derivatisiert, z. B. Affinitätsphasen mit Iminodiessigsäure (IMAC) und anschließender Beladung durch Kupfer, Eisen oder Nickel für die selektive Analytik von phosphorylierten, his-tagged oder Biomarker-Proteinen, mit C18 für die Umkehrphasenchromatographie, z. B. für die Mutationsanalytik in der Brustkrebsdiagnostik (Bonn, Huber, Öfner, United States Patent 5,585,236, 1996), sowie mit Ionentauscherfunktionalitäten. Stationäre Phasen basierend auf Poly-(Styrol/Divinylbenzol) und encapsuliertem Kieselgel [Stecher et al. (2003), Trends Anal. Chem. 22, 1-14] 9

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