Forschungsgruppe zur Dynamik von Ionenkanälen geht in die zweite Runde

Die DFG-Forschungsgruppe DynIon untersucht mit modernsten experimentellen Methoden und computerbasierten Berechnungsstrategien die Dynamik von Ionenkanälen. Foto: Heiko Hellmann/UKJ

Ionenkänale und -transporter haben zentrale Bedeutung für das Nachrichtenwesen im Organismus: Dieses Proteine in der Zellmembran dienen als Schleusen für den Transport verschiedener Ionen wie Kalium-, Natrium- oder Chlorid-Ionen in die Zelle hinein bzw. heraus.

Sie vermitteln beispielsweise die elektrische Aktivität von Nervenzellen oder steuern die Blutdruckregulierung. Als Beteiligte an solch grundlegenden Lebensprozessen spielen Ionenkanäle auch eine wichtige Rolle für das Verständnis von Krankheitsmechanismen oder für Therapieansätze, etwa wenn durch den gezielten Verschluss solcher Kanäle Krebszellen zum Absterben gebracht werden sollen.

Seit drei Jahren untersucht der Forschungsverbund DynIon die Arbeitsweise dieser Durchgangstore durch die Zellmembran. Als ein Ergebnis dieser Forschung konnte z.B. ein neues Schaltprinzip für Kaliumkanäle aufgeklärt werden. Dieser neue pharmakologische Aktivierungsmechanismus kommt in verschiedenen Kanälen und Zelltypen vor und ist von genereller Bedeutung.

„Dieses herausragende Resultat verdeutlicht eindrucksvoll unsere Arbeitsweise, bei der Messdaten aus Laborexperimenten in leistungsfähigen Berechnungsansätzen analysiert und weiterverarbeitet werden, hier zum Beispiel in moleküldynamischen Simulationen“, betont Prof. Dr. Klaus Benndorf, Physiologe am Universitätsklinikum Jena und Sprecher der Forschungsgruppe.

Mit diesem Konzept und den Ergebnissen der ersten Förderphase konnte das DynIon-Team überzeugen und wird nun von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für weitere drei Jahre mit insgesamt mehr als vier Millionen Euro gefördert.

Zwei neu hinzugekommene Arbeitsgruppen werden das experimentelle Methodenspektrum, das unter anderem spezielle elektrophysiologische Verfahren, Fluorometrie oder die Spektroskopie isolierter Proteine umfasst, noch einmal erweitern.

Eine neue DynIon-Partnerin ist die Biophysikerin Prof. Dr. Christine Ziegler von der Universität Regensburg. Die Spezialistin auf dem Gebiet der Kryoelektronenmikroskopie ermöglicht die Kombination von Computersimulationen und Elektrophysiologie mit strukturellen Studien.

Mit künstlichen Membranmodellen arbeitet Privatdozentin Dr. Indra Schröder am Universitätsklinikum Jena, die zudem mit einem Heisenbergstipendium der DFG gefördert wird und von der TU Darmstadt nach Jena gekommen ist. Sie untersucht Struktur-Funktions-Beziehungen an viralen Kaliumkanälen.

Klaus Benndorf: „In der zweiten Förderphase wollen wir die Synergie von Laborexperimenten und fortgeschrittenen Computeranalysen, wie quantenmechanischen Simulationen, Markov-Modellierung und Deep-Learning-Algorithmen, weiter ausbauen. Davon erwarten wir uns neue Einblicke in die Funktionsweise von Ionenkanälen und Transportern.“

DynIon-Arbeitsgruppen:
Prof. Dr. Thomas Baukrowitz, Dr. Marcus Schewe, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Prof. Dr. Klaus Benndorf, Dr. Jana Kusch, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Universitätsklinikum Jena
Prof. Dr. Andrew Plested, Dr. Han Sun, Humboldt-Universität zu Berlin, Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie, Berlin
Prof. Dr. Christoph Fahlke, Jun.-Prof. Dr. Jan-Philipp Machtens, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Bert de Groot, Dr. Wojciech Kopec, Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen
Prof. Dr. Paolo Carloni, Jun.-Prof. Dr. Mercedes Alfonso-Prieto, Prof. Dr. Christoph Fahlke, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Holger Gohlke, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Prof. Dr. Frank Noé, Prof. Dr. Andrew Plested, Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Christine Ziegler, Universität Regensburg
PD Dr. Indra Schröder, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Universitätsklinikum Jena

Prof. Dr. Klaus Benndorf,
Institut für Physiologie II, Universitätsklinikum Jena,
Tel.: 03641/9397651
E-Mail: Klaus.Benndorf@med.uni-jena.de

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