Forschung

Forschungsschwerpunkte: Strukturbiologie, Systembiologie und Biogenese von Proteinkomplexen, Kernporenkomplexe, Zellkern-Zytoplasma-Transport

Martin Beck ist ein deutscher Biochemiker und Biophysiker, der mit einer Kombination unterschiedlichster Methoden große Proteinkomplexe in der Zelle erforscht. In seinem Fokus stehen besonders die die Kernmembran durchziehenden Poren, die den Austausch von Stoffen und Informationen zwischen Zellkern und Zytoplasma regulieren.

Der Transport von Wasser, Proteinen, Lipiden, Ribonukleinsäure (RNA), Kohlenhydraten, Ionen und Enzymen vom Kern zur Zellflüssigkeit erfolgt durch die Kernporenkomplexe (NPCs) – große Kanäle, die die Kernhülle durchdringen. Die NPCs spielen eine entscheidende Rolle bei verschiedenen zellulären Prozessen, wie der Genexpression und Signaltransduktion, und dienen gleichzeitig dem Schutz des im Zellkern gelagerten genetischen Erbguts, der DNA. In Säugetieren setzt sich der Kernporenkomplex aus etwa 1.000 Proteinbausteinen zusammen und bildet eine komplexe zylindrische Architektur, die die inneren und äußeren Kernmembranen miteinander verbindet. Er gilt als einer der größten Proteinkomplexe in der Zelle.

Martin Beck nutzt eine Kombination von Techniken wie Kryo-Elektronenmikroskopie, Röntgenkristallographie, molekularbiologischen Verfahren und Computersimulationen, um Architektur und Dynamik des Kernporenkomplexes detailliert zu erforschen. Seinem Team ist es gelungen, nicht nur die Struktur des menschlichen Kernporen-Gerüsts nahezu vollständig zu entschlüsseln, sondern auch zu verstehen, wie sich die Poren ausdehnen und verengen: Zugkräfte, die durch die Kernmembranen wirken, führen zu einer Dehnung der NPCs und zur Erweiterung ihres Durchmessers, während die Entlastung solcher Kräfte zu einer Verengung der Kanäle führt.

Aktuell erforscht Martin Beck die evolutionäre Entwicklung der Kernporen in eukaryotischen Zellen, um ihrer enormen Vielfalt auf die Spur zu kommen. Veränderungen in den NPCs könnten Einblicke in die Evolutionsgeschichte der Eukaryoten bieten. Ein weiterer Schwerpunkt des Biochemikers liegt auf der komplexen Architektur der NPCs, die sich an Wachstum und Zelldifferenzierung anpassen. Sie müssen dabei nicht nur auf- und abgebaut, sondern auch regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.

Martin Becks Pionierarbeit hat zu einem vertieften Verständnis des Stoff- und Informationsaustauschs innerhalb der Zelle sowie deren vielfältigen Konformationsänderungen geführt. Das wirft nicht nur ein Schlaglicht auf die Evolutionsgeschichte der Eukaryoten, sondern liefert auch Mosaiksteine zum Verständnis genetischer Erkrankungen und maligner Transformationen von Zellen und Gewebe.

Werdegang

• seit 2023 Professor, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt
• seit 2019 Direktor sowie Wissenschaftliches Mitglied, Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main
• 2017-2019 Senior Scientist, European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Heidelberg
• 2010-2020 Gruppenleiter, EMBL, Heidelberg
• 2006-2009 Postdoktorand, Eidgenössisch-Technische Hochschule (ETH) Zürich, Zürich, Schweiz
• 2006 Promotion in Biochemie, Technische Universität München (TUM)
• 2002-2006 Doktorand, Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried
• 2001-2002 Research Intern, Rockefeller University, New York City, USA
• 1995-2001 Studium der Biochemie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Halle (Saale)

Funktionen

• seit 2020 Mitglied, Editorial Board, Cell    
• 2016-2020 Gewähltes Mitglied, Fachkollegium Biochemie, Deutsche Forschungsgemeinschaft
• 2012-2020 Mitglied, Editorial Board, Molecular Cellular Proteomics

Projekte

• 2024-2025 Principal Investigator, Proof of Concept Grant „Membrane Micro-Compartments“, European Research Council (ERC)
• 2023-2028 Principal Investigator, Advanced Grant „Beyond nucleocytoplasmic transport – Nuclear pores as self-regulating valves for flux across the nuclear envelope“, ERC
• seit 2022 Leiter, Teilprojekt „Komplexität von Kernporen verstehen P17“, Sonderforschungsbereich 1507, Deutsche Forschungsgemeinschaft
• 2021-2027 Co-Sprecher, International Max Planck Research School on Cellular Biophysics (IMPRS-CBP), Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, München
• 2021-2024 Beteiligter Wissenschaftler, Clusterprojekt „ENABLE“, Hessisches Ministeriums für Wissenschaft und Kunst (HMWK)
• 2018-2024 Co-Principal Investigator, Projekt „Establishing Experimental Model Systems for Visual Proteomics“, Chan Zuckerberg Initiative (CZI), Redwood City, USA
• 2018-2023 Principal Investigator, Consolidator Grant „The birth of protein complexes“, ERC
• seit 2018 Leiter, Teilprojekt „Der Kernporenkomplex und die die Genomorganisation als Determinanten von HIV-1 Integration und Transkription P20“, Sonderforschungsbereich 1129, Deutsche Forschungsgemeinschaft
• 2013-2018 Principal Investigator, Starting Grant „Atlas of Cell-Type Specific Nuclear Pore Complex Structures“, ERC

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• 2024 Feldberg Prize, Feldberg Foundation, London, UK
• 2023 Mitglied, Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2021 Mitglied, European Molecular Biology Organization
• 2012 Walther-Flemming-Medaille, Deutsche Gesellschaft für Zellbiologie
• 2007 Marie Curie Intra-European Fellowship
• 2006 Long Term Fellowship, EMBO
• 2005 Juniorforschungspreis, Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried