RNA in Würzburg

Die Arbeitsgruppe von Jörg Vogel erforscht die RNA-Welt von Bakterien während Infektionen und in ihrer natürlichen Umgebung. Mithilfe hochauflösender Methoden versuchen die Forscher:innen zu verstehen, wann, wie und warum Bakterien RNA-basierte Mechanismen nutzen, um ihre Gene an- oder abzuschalten. Dieses Wissen möchte die Vogel-Gruppe nutzen, um neuartige RNA-basierte Therapeutika zu entwickeln.

Die Arbeitsgruppe von Chase Beisel arbeitet an der Schnittstelle von CRISPR-Biologie und daraus abgeleiteten Technologien. Die Forscher:innen untersuchen die funktionelle Vielfalt von CRISPR-Cas-Immunsystemen, um neue Technologien zu entwickeln. Diese können dann wiederum zum besseren Verständnis, zur Diagnose und zur Behandlung von Infektionen des Menschen eingesetzt werden.

Die Arbeitsgruppe von Lars Barquist entwickelt neue statistische und bioinformatische Ansätze zur Analyse und Visualisierung funktioneller Genomdaten. Die Forscher:innen analysieren umfangreiche Sequenzierdaten mit modernen computergestützten Technologien, um neue Einblicke in die Krankheitsentstehung bei Infektionen zu gewinnen und RNA-basierte Therapieansätze zu entwickeln.

Neva Caliskans Forschungsgruppe untersucht die Rolle von RNA-Molekülen bei nicht-kanonischer Proteinexpression, die das Zusammenspiel zwischen Wirt und Virus beeinflussen können. Ihr Ziel ist es, therapeutisch interessante RNA-Protein-Komplexe als neue Ansatzpunkte im Kampf gegen Infektionen zu identifizieren.

Die Arbeitsgruppe von Mathias Munschauer untersucht RNA-Protein-Wechselwirkungen während Infektionsprozessen. Die Wissenschaftler:innen wollen die Funktionen und zugrundeliegenden Mechanismen dieser Wechselwirkungen während Infektionen besser verstehen. Ihr Ziel ist es, mit diesem Wissen die Entwicklung wirtsgerichteter Therapeutika voranzutreiben.

Die Arbeitsgruppe um Emmanuel Saliba widmet sich der Erforschung von Wirt-Pathogen-Interaktionen in hoher Auflösung, nämlich auf der Ebene einzelner Zellen. Um den Zustand einzelner Erreger zu analysieren und dadurch die individuellen Unterschiede von Wirtsreaktionen und Krankheitsverläufen zu verstehen, entwickelt und kombiniert das Team Ansätze aus der Einzelzellanalyse mit bildgebenden Verfahren und computergestützten Methoden.

Die Arbeitsgruppe von Redmond Smyth untersucht, welche Rolle die Struktur von RNA während der Replikation und Evolution von RNA-Viren spielt. Ziel des Teams ist es, das Wissen über die Architektur von RNA-Genomen zu nutzen, um die Entwicklung von maßgeschneiderten RNA-basierten Therapeutika zu ermöglichen.

Die Arbeitsgruppe von Alexander Westermann erforscht RNA-basierte Mechanismen, die dem Zusammenspiel zwischen Wirt, Krankheitserregern und der natürlichen Darmflora des Wirts zugrundeliegen. Ihr Ziel ist es, Moleküle und Stoffwechselwege zu identifizieren, die zur Diagnostik und Therapie von Darminfektionen eingesetzt werden können.

Die Arbeitsgruppe von Franziska Faber erforscht das Zusammenspiel von Clostridioides difficile, einem Darmpathogen, und der intestinalen Mikrobiota. Ziel der Gruppe ist es, die Virulenz-Kontrolle während dieser Wechselwirkungen auf der RNA-Ebene besser zu verstehen. Dieses Wissen soll dann für die Entwicklung neuer antimikrobieller Wirkstoffe auf RNA-Basis genutzt werden.

Herpesviren sind große DNA-Viren, die sich über Millionen von Jahren gemeinsam mit ihren menschlichen und tierischen Wirten entwickelt haben. Das Dölken-Labor verwendet einen systembiologischen Ansatz, um die Modulation der Wirtszellen und die Umgehung des Immunsystems durch verschiedene Herpesviren zu untersuchen. Die Forscher:innen haben Pionierarbeit bei der metabolischen Kennzeichnung neu transkribierter RNA mithilfe der Thionukleobase 4-Thiouridin (4sU) geleistet. Auf diese Weise können sie kurzfristige Veränderungen bei der RNA-Synthese, -Verarbeitung und dem -Zerfall sowohl auf Populations- (4sU-seq) als auch auf Einzelzellebene (Record-seq) feststellen. Außerdem untersuchen die Wissenschaftler:innen RNA-Synthese, -Prozessierung, -Export, -Translation und -Stabilität bei der lytischen Herpes-Simplex-Virus-1-Infektion. Ihr Ziel ist es, die koordinierte Regulierung der Genexpression durch virale Proteine, microRNAs und RNA-bindende Proteine sowie deren funktionale Relevanz bei der Infektion besser zu verstehen. Vergleichende Analysen werden mit dem Maus- und Menschmodel des Cytomegalovirus durchgeführt.

Das Fischer-Labor untersucht die funktionelle Dynamik makromolekularer Maschinen, die auf RNA einwirken. Dazu verwenden die Forscher:innen eine Kombination aus biochemischen, strukturellen und systembiologischen Ansätzen. Durch die Kombination von grundlegender RNA-Forschung mit biomedizinischen Ansätzen untersuchen sie zudem, wie RNA-basierte Signalwege und Netzwerke bei verschiedenen Erkrankungsszenarien und Virusinfektionen verändert werden.

Die Entscheidung über das Zellschicksal ist essentiell für die Entstehung eines komplexen, mehrzelligen Organismus aus einer einzigen pluripotenten Zygote. Diese Entscheidung wird auch im Erwachsenenalter immer wieder getroffen, um Organgewebe zu erhalten. Angesichts der stochastischen Interaktion von Hunderttausenden von Molekülen in jeder Zelle ist die Robustheit der Entscheidung über das Zellschicksal bemerkenswert. Eine zentrale offene Frage bleibt jedoch, wie Signale aus der Mikroumgebung mit stochastischen Prozessen in einer Zelle integriert werden, um die Zellschicksalsentscheidung in gesundem Gewebe und bei Störungen aufgrund von Krankheiten oder Gewebeschäden zu steuern. Das Grün-Labor untersucht diese Frage im Kontext der Immunzellendifferenzierung, indem es Einzelzell-RNA-seq-Methoden und computergestützte Ansätze, die maschinelles Lernen und mathematische Modellierung beinhalten, kombiniert.

• Chemische Biologie der natürlichen RNA-/DNA-Modifikationen
• Nukleinsäure-Chemie
• DNA-Katalyse
• Ribozyme und Aptamere
• Biomolekulare Markierungen
• Struktur und Mechanismus von funktionellen Nukleinsäuren und RNA-Protein-Komplexen

Die Forschungsgruppe von Katharina Markmann untersucht die molekularen Mechanismen, die der systemischen Kontrolle der Endosymbiose von Pflanzenwurzeln mit Bakterien und Pilzen zugrunde liegen, sowie die Rolle regulatorischer kleiner RNAs (sRNAs) in diesem Zusammenhang. Darüber hinaus analysieren sie die Funktion systemisch mobiler sRNAs bei der Kontrolle der pflanzlichen Entwicklungsreaktionen auf biotische und abiotische Stimuli.

Biologische Schnittstellen:

• Bioresponsive Systeme (Diagnostik und Therapie)
• Pharmazeutische Funktionalisierung von Biomaterialien
• Zusammensetzung von Proteinen, chemischen Arzneimitteln und therapeutischen Gasen

Chemisch-physikalische Schnittstellen:

• Umwandlung von Arzneimitteln in ionische Flüssigkeiten

Das Rudel-Labor untersucht die molekularen Mechanismen, mit denen die weit verbreiteten humanpathogenen Bakterien Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae und Staphylococcus aureus Krankheiten verursachen. Die Forschung der Gruppe konzentriert sich auf die Interaktion dieser Erreger mit verschiedenen Wirtszellen. Dabei steht im Fokus, wie die normalen Funktionen der Zelle und die angeborene sowie zellautonome Immunabwehr gestört werden. Ein besonderer Fokus liegt auf der Rolle bakterieller (sRNAs) und menschlicher regulatorischer RNAs (microRNAs) bei Infektionsprozessen. Ziel der Forscher:innen ist es, invasive (Sepsis durch S. aureus; disseminierte Gonokokken-Infektion) und chronische Krankheiten (Chlamydien-Ovarialkarzinom-Verbindung) zu verstehen, indem sie neue Infektionsmodelle auf Basis künstlich hergestellter 3D-Gewebe verwenden.

Das Sendtner-Labor konzentriert sich auf Mechanismen der subzellulären Verteilung von RNA und der RNA-Translationskontrolle sowie auf die Proteinsynthese in axonalen Verzweigungspunkten und Axonendigungen von Motoneuronen. Proteine wie TDP-42 und FUS spielen eine wichtige Rolle bei der Bindung und Verarbeitung von RNA im Zellkern als auch im Zellkörper von Motoneuronen. In ihren Forschungsprojekten haben die Wissenschaftler:innen die Auswirkungen von Mutationen in den Genen für SMN, TDP-43 und FUS in Motoneuronen betrachtet. Diese Veränderungen führen zu Verteilungsdefekten von mRNA-Molekülen, zu denen auch die RNAs für verschiedene Aktin-Isoformen gehören. Fehlerhafte Translationskontrolle der Proteinsynthese in Axonendigungen und deren Verzweigungspunkten wurden ebenfalls beobachtet. Diese führen dazu, dass die Nervenimpulse nicht mehr an die Muskeln weitergeleitet werden können. Ein wichtiges Forschungsziel ist es, diese gestörten Funktionen in axonalen Nervenzellenprozessen zu verbessern oder wiederherzustellen.

Das Sharma-Labor konzentriert sich auf die Frage, wie sich bakterielle Krankheitserreger an sich verändernde Umgebungen anpassen und ihre Virulenz kontrollieren. Sie wollen die Mechanismen und Funktionen der Genregulierung durch kleine RNAs (sRNAs) und zugehörige RNA-bindende Proteine (RBPs) sowie kleine Proteine entschlüsseln. Ihre wichtigsten Modellorganismen sind der Magenerreger Helicobacter pylori und der verwandte, durch Lebensmittel übertragbare Erreger Campylobacter jejuni. Sie entwickeln und verwenden verschiedene Deep-Sequencing-Ansätze (z. B. RNA-seq, Ribo-seq, RIP-seq) für die globale Transkriptom- und Translatomanalyse und zur Untersuchung von RNA-Protein-Komplexen.

Mithilfe von Genomik, Genetik und biochemischen Ansätzen wollen sie RNA- und Proteinfaktoren wie RBPs und Ribonukleasen identifizieren und charakterisieren, die an der posttranskriptionellen Regulierung in bakteriellen Krankheitserregern beteiligt sind. Anhand von 3D-Infektionsmodellen, die auf Tissue Engineering basieren, untersuchen sie die Rolle von sRNAs, kleinen Proteinen und RBPs bei der Virulenz von H. pylori und C. jejuni. Darüber hinaus erforschen sie die Mechanismen und Funktionen bakterieller CRISPR-Cas-Immunsysteme, die zu neuen biotechnologischen Anwendungen führen.

In den alternden westlichen Gesellschaften entwickeln sich Krebserkrankungen zu einer der wichtigsten medizinischen Herausforderungen. Hauptmerkmale von Tumoren sind deregulierte Signalwege, die das Transkriptionsprofil von Tumorzellen erheblich verändern. Proteine der MYC-Familie spielen als Transkriptionsfaktoren eine große Rolle in dieser onkogenen Umprogrammierung. Die Vision des Wolf-Labors ist es, die transkriptionellen Veränderungen während der Krebsentstehung – insbesondere die onkogene Funktion von MYC – besser zu verstehen, um neue pharmazeutische Strategien zur Krebsbekämpfung entwickeln zu können. Die Forschungsgruppe nutzt genom- und proteomweite Methoden, um die Biologie von Tumoren zu entschlüsseln. Durch die Verwendung genetischer Screenings wollen die Forscher:innen außerdem potenzielle therapeutische Angriffspunkte von Tumorzellen finden. Gemeinsam mit Kooperationspartner:innen hat die Gruppe kürzlich Substanzen entwickelt, die MYC hemmen. In den nächsten Jahren wollen die Forscher:innen diese Moleküle der PROTAC-Substanzklasse so weit verbessern, dass sie klinisch getestet und angewendet werden können.

Harnwegsinfektionen, die durch gram-negative uropathogene Escherichia coli (UPEC) verursacht werden, sind weltweit eine der am weitesten verbreiteten und am häufigsten wiederkehrenden Infektionen. Bislang konzentrierte sich die Antiinfektiva-Forschung hauptsächlich auf die Bekämpfung der bakteriellen Ursachen. Ob eine Person für eine Infektion mit UPEC anfällig ist, hängt jedoch auch von Wirtsfaktoren ab. Daher bilden wirtsspezifische Therapeutika einen innovativen Ansatz für die Bekämpfung von UPEC. Ziel der Aguilar-Gruppe ist es, ein besseres Verständnis der Wirtssignalwege zu erlangen, die Infektion und Persistenz von UPEC in der Blase steuern. Die Forscher:innen verwenden von adulten Stammzellen abgeleitete Organoide und organoidbasierte Modelle, um den natürlichen Infektionsort genau nachzuahmen. Sie wollen spezifische Wirtsfaktoren und/oder -signalwege identifizieren und funktionell charakterisieren, die für die Infektion und Persistenz von UPEC im menschlichen Blasenepithel erforderlich sind. Dazu kombinieren die Wissenschaftler:innen Infektionsmodelle mit miRNome-Profiling (globale Analyse der Wirts-microRNA-Expression), Einzelzell-RNA-Sequenzierung und Gain/Loss-of-Function-Ansätze. Auf Grundlage dieses Wissens könnten neue wirtsbasierte therapeutische Ansätze zur Vorbeugung oder Behandlung von Harnwegsinfektionen entwickelt werden.

Die Backes-Gruppe untersucht RNA-basierte Mechanismen der Virulenz, Virusreplikation und der Abwehrmechanismen des Wirts.