Hattrick für Dortmunder Max-Planck-Wissenschaftler

Abteilungsdirektor Andrea Musacchio erhält ERC Synergy Grant in Höhe von 11 Millionnen Euro zur Untersuchung der Zellteilung

5. November 2020

Ob in der Haut oder im Darm – in unserem Körper erneuern sich durch Zellteilung täglich Millionen von Zellen. Obwohl die Zellteilung ein zentraler Prozess des Lebens ist, sind die Mechanismen und insbesondere das komplexe Zusammenwirken der daran beteiligten Biomoleküle noch immer nicht verstanden. Prof. Dr. Andrea Musacchio, Abteilungsdirektor am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund, Prof. Dr. Thomas Surrey vom Centre for Genomic Regulation in Barcelona und Dr. François Nédélec von der University of Cambridge wollen nun ihre wissenschaftliche Expertise und ihre Ressourcen bündeln, um die Erforschung der Zellteilung mit einer neuen Strategie auf ein neues Level heben. Dafür erhält das Forschungskonsortium einen der wenigen mit ca. 11 Millionen Euro dotierten „Synergy Grants“ des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC).

Nachdem Andrea Musacchio erst vor kurzem der Leibniz-Preis, die höchste deutsche Auszeichnung für Wissenschaftler*innen, verliehen wurde (wir berichteten), ist die Vergabe der hoch dotierten EU-Fördermittel an ihn auch in anderer Hinsicht höchst bemerkenswert, denn es ist bereits sein dritter ERC Grant. Nur wenigen WissenschaftlerInnen ist ein solcher „Hattrick“ gelungen. Allein die Vergabe eines einzigen ERC-Grants gilt in der Wissenschaftsszene als Ritterschlag und wird selbst herausragenden Forscherpersönlichkeiten, wenn überhaupt, im Normalfall nur einmal in ihrer Karriere zuteil. Dies liegt daran, dass die Fördermittel des Europäischen Forschungsrates einem harten Wettbewerb unterliegen: Die eingereichten Projekte werden von einem renommierten Wissenschaftlergremium begutachtet, wobei strengste Kriterien in Bezug auf Machbarkeit und Erfolgsaussichten angelegt werden. Fördermittel werden nur an solche Forscher*innen vergeben, deren eingereichte Projekte das Potenzial haben, den Alltag und die Zukunft des Menschen zu verändern.

Wie die Instrumente in einem Orchester – das Zusammenspiel der Proteine

Die Zellteilung und viele weitere lebenswichtige Prozesse werden durch Netzwerke aus Hunderten von Proteinen reguliert. Wie die Musiker mit ihren Instrumenten in einem Orchester müssen dabei alle Proteine fein abgestimmt zusammenarbeiten, um Misstöne bzw. Fehler - bei der Zellteilung mit möglicherweise fatalen Folgen - zu vermeiden. Je größer und komplexer das Orchester ist, desto schwieriger ist es, den Überblick zu bewahren und die Spieler zu koordinieren. Die Komplexität der an der Zellteilung mitwirkenden Proteinnetzwerke und die vielen bislang unbekannten Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen, haben dessen ganzheitliche Untersuchung bislang nahezu unmöglich gemacht.

Nachbau im Reagenzglas – Modellierung am Computer

Dies wollen die beiden Biochemiker Andrea Musacchio und Thomas Surrey nun ändern. Sie verfolgen den Ansatz, Proteinnetzwerke der Zellteilung auf eine kleinere aber immer noch funktionierende Anzahl von an Proteinen zu reduzieren und dieses System in einer kontrollierbaren Umgebung zu untersuchen. Ziel ist es also ein Minimalsystem zu konstruieren, das die wichtigsten Bestandteile der Zellteilungsmaschinerie im Reagenzglas zusammenbringt. Nach dem Baukastenprinzip können Komponenten dann hinzugefügt oder entfernt werden um so den gesamten Prozess Schritt für Schritt nachzuvollziehen.

„Nur wenn wir das System auseinandernehmen und vereinfachen, haben wir eine Chance, die Funktionsweise der Zellteilung zu verstehen. Deshalb wollen wir es im Labor so genau wie möglich nachbauen ohne aber seine Komplexität zu vernachlässigen ", erklärt Musacchio, der Koordinator des gemeinsamen Vorhabens.

Andrea Musacchio und sein Kollege Thomas Surrey sind weltweit führende Experten beim Nachbau der Zellteilungskompnenten. In den vergangenen zwei Jahrzehnten haben sie viel Arbeit und Erfahrung in den Aufbau umfangreicher Proteinbibliotheken investiert. „Während wir die Netzwerke der Zellteilung bisher getrennt voneinander untersucht haben, werden wir nun gemeinsam vorgehen, indem wir unsere Systeme kombinieren und sukzessive durch weitere Komponenten erweitern. So können wir die Komplexität des Nachbaus erhöhen und eine noch nie dagewesene Tiefe der Analyse erreichen“, ergänzt Thomas Surrey. Die aus den Rekonstruktionen gewonnenen Daten werden mithilfe von mathematischen Modellen und Simulationen interpretiert. Eine Kapazität auf diesem Gebiet und dritter Partner im Konsortium ist François Nédélec, der seinen Beitrag zum Projekt folgendermaßen beschreibt: „Je reduzierter das zu untersuchende Netzwerk ist, desto weniger Unbekannte sind in der Rechnung, und desto besser können mathematische Modelle unter Berücksichtigung von Raum und Zeit erstellt werden. Dies ist der entscheidende Schlüssel zu einer physikalisch realistischen Simulation, in der man z. B. einzelne Parameter verändern und dann die entstehenden Auswirkungen auf das gesamte System vorhersehen kann.“, so Nedelec.

Unser Propjekt verfolgt das Ziel mit einem definierten Satz echter Proteine und computergenerierten Simulationen zu entschlüsseln, wie Proteinnetzwerke die Biologie einer Zelle bestimmen. Im Idealfall wird unser synergistischer Ansatz allgemeine Prinzipien des Lebens aufdecken,“ beschreibt Andrea Musacchio die große Vision des Vorhabens.

Eine der wettbewerbsintensivsten Grant-Ausschreibungen in der Geschichte des ERC

Mit dem Förderprogramm des Des Europäischen Forschungsrates (ERC) werden herausragende Forscherinnen und Forscher in ganz Europa gefördert. Ihre Pionierarbeit hat nach Ansicht des Forschungsrates das Potenzial Lösungen für einige unserer dringendsten Herausforderungen zu liefern. Der ERC gibt diesen klugen Köpfen die Möglichkeit, ihren kreativsten Ideen zu folgen und eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung aller Wissensbereiche zu spielen.

Im Wettbewerb für die Synerrgy Grants 2020 wurden mehr als 440 Vorschläge eingereicht, was ihn zu einem der kompetetivsten in der Geschichte des ERC macht. Nur 34 Konsortien wurden zur Finanzierung ausgewählt. Mit einem Gesamtvolumen von 350 Millionen Euro ermöglichen diese speziellen Grants Gruppen von zwei bis vier Spitzenforschern, komplementäre Fähigkeiten, Kenntnisse und Ressourcen in einem Forschungsprojekt zusammenzuführen. Diese Finanzierung ist Teil des Forschungs- und Innovationsprogramms der EU, Horizont 2020.