AG Nayak
Arbeitsgruppe Chromatin und SUMO-Physiologie
Forschungsschwerpunkte
Mobilität ist ein unverzichtbares Merkmal, dass das Überleben und den Erfolg in der lebendigen Welt bestimmt. Die Skelettmuskulatur - die diese Mobilität ermöglicht - ist ein erstaunliches Organ, das aus über 650 Muskeln besteht, die etwa 40 % der gesamten Körpermasse und bis zu 30 % des Basalenergieverbrauchs ausmachen. Der Skelettmuskel, der ein charakteristisches Streifenmuster aufweist, besteht aus linear angeordneten Einheiten, den so genannten Sarkomeren". Das einzelne Sarkomer beherbergt hoch organisierte Strukturen wie Aktin- und Myosinfilamente. Die zyklische Interaktion zwischen diesen beiden Arten von Filamenten ist für die Erzeugung von Kraft und Bewegung auf molekularer und organismischer Ebene verantwortlich.
Die präzise molekulare Anordnung der Sarkomere ist von zentraler Bedeutung für die Muskelfunktion. Eine Desorganisation der Sarkomere und damit eine gestörte Muskelfunktion sind die typischen Kennzeichen von Myopathien, einschließlich der Krebskachexie, die bei fast 80 % der Krebspatienten auftritt und bei mehr als 30 % der Patienten eine Sterblichkeitsrate aufweist.
Das Hauptaugenmerk unserer Gruppe liegt darauf zu verstehen, wie das SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier)-vermittelte epigenetische Programm die Skelett- und Herzmuskelphysiologie einschließlich der Sarkomerorganisation, der Muskeldifferenzierung und des Regenerationsprozesses sowie Muskelschwunderkrankungen wie Kachexie reguliert. Ein weiteres wichtiges Ziel unserer Gruppe ist es, den molekularen Mechanismus der durch Chemotherapie ausgelösten Kachexie zu verstehen.
Im Rahmen unserer laufenden Projekte haben wir unvoreingenommene Screening-Systeme entwickelt, um die Auswirkungen verschiedener Chemotherapeutika auf den Muskelschwund zu testen, mit dem Ziel, eine bessere therapeutische Option zu finden, die die Krebsbelastung reduziert, ohne einen Verlust an Muskelmasse und -funktion auszulösen.
Labor Projekte
- Modulation der Chromatin-Organisation durch den SUMO-Signalweg beim Aufbau von Myofibrillen
- Epigenetische Signalübertragung bei Muskelatrophie/Kachexie
- Mechanismus der Chemotherapie-induzierten Kachexie
- SUMOs bei Kachexie und Muskelzellstoffwechsel
Labor Mitarbeiter/-innen
Projektleiter: Arnab Nayak
Doktorandin: Katharina Brandt
Doktorand: Luis Gand
Doktorandin: Amel Nassar-Grioua
Doktorandin: Mugeng Li
Doktorandin: Baoyu Zhou
Technische Assistentin: Stefanie Nedel
Frühere Labormitglieder
Bushra Khan PhD.
Förderungen
- Individuelles Forschungsförderung von Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)- NA 1565/2-1.
- Individuelles Forschungsförderung Deutsche Krebhilfe (DKH). Bearbeitungsnummer- 70115510.
Offene Stellen
Interessierte Kandidat/-innen können Anfragen für eine Doktorandenstelle direkt an Arnab Nayak senden.
Labormethoden
Um unsere wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, setzen wir verschiedene experimentelle Ansätze ein, darunter quantitative Proteomik, Hybridoma-derived antibody production and purification, SUMO-Proteomik, CRISPR/Cas9-vermittelte Genom-Editing-Tools zur Überprüfung von Chromatin-Ereignissen eines einzelnen Gens, Epigenomik (ChIPseq, Chromosomenkonformationserfassung usw.), Zellschrittmacherexperimente, Messung und Quantifizierung von Kalziumtransienten und biophysikalische Einzelmolekül-Methoden wie die Fluoreszenzmikroskopie mit totaler interner Reflexion (TIRFM).
Ausgewählte Publikation (*corresponding author)
- Gand LV, Lanzuolo C, Li M, Rosti V, Weber N, Lu D, Bar C, Thum T, Pich A, Kraft T, Amrute-Nayak M, Nayak A* (2025) Calcium Handling Machinery and Sarcomere Assembly are Impaired Through Multipronged Mechanisms in Cancer Cytokine-Induced Cachexia. J Cachexia Sarcopenia Muscle 16: e13776
- Khan B, Lanzuolo C, Rosti V, Santarelli P, Pich A, Kraft T, Amrute-Nayak M, Nayak A* (2024) Sorafenib induces cachexia by impeding transcriptional signaling of the SET1/MLL complex on muscle-specific genes. iScience 27: 110913
- Wang T, Nayak A, Kraft T, Amrute-Nayak M (2024) Single-Molecule Investigation of Load-Dependent Actomyosin Dissociation Kinetics for Cardiac and Slow Skeletal Myosin. Small 20: e2406865
- Spahiu E, Uta P, Kraft T, Nayak A*, Amrute-Nayak M (2024) Influence of native thin filament type on the regulation of atrial and ventricular myosin motor activity. J Biol Chem 300: 107854
- Khan B, Gand LV, Amrute-Nayak M, Nayak A* (2023) Emerging Mechanisms of Skeletal Muscle Homeostasis and Cachexia: The SUMO Perspective. Cells 12
- Amrute-Nayak M, Gand LV, Khan B, Holler T, Kefalakes E, Kosanke M, Kraft T, Nayak A* (2022) SENP7 deSUMOylase-governed transcriptional program coordinates sarcomere assembly and is targeted in muscle atrophy. Cell Rep 41: 111702
- Wang T, Spahiu E, Osten J, Behrens F, Grunhagen F, Scholz T, Kraft T, Nayak A*, Amrute-Nayak M (2022) Cardiac ventricular myosin and slow skeletal myosin exhibit dissimilar chemomechanical properties despite bearing the same myosin heavy chain isoform. J Biol Chem 298: 102070
- Wang T, Brenner B, Nayak A*, Amrute-Nayak M (2020) Acto-Myosin Cross-Bridge Stiffness Depends on the Nucleotide State of Myosin II. Nano Lett 20: 7506-7512
- Amrute-Nayak M, Pegoli G, Holler T, Lopez-Davila AJ, Lanzuolo C, Nayak A* (2020) Chemotherapy triggers cachexia by deregulating synergetic function of histone-modifying enzymes. J Cachexia Sarcopenia Muscle
- Nayak A*, Amrute-Nayak M (2020) SUMO system - a key regulator in sarcomere organization. FEBS J 287: 2176-2190
- Nayak A, Wang T, Franz P, Steffen W, Chizhov I, Tsiavaliaris G, Amrute-Nayak M (2020) Single-molecule analysis reveals that regulatory light chains fine-tune skeletal myosin II function. J Biol Chem 295: 7046-7059
- Nayak A*, Lopez-Davila AJ, Kefalakes E, Holler T, Kraft T, Amrute-Nayak M (2019) Regulation of SETD7 Methyltransferase by SENP3 Is Crucial for Sarcomere Organization and Cachexia. Cell Rep 27: 2725-2736 e4
- Amrute-Nayak M, Nayak A, Steffen W, Tsiavaliaris G, Scholz T, Brenner B (2019) Transformation of the Nonprocessive Fast Skeletal Myosin II into a Processive Motor. Small 15: e1804313
- Nayak A*, Reck A, Morsczeck C, Muller S (2017) Flightless-I governs cell fate by recruiting the SUMO isopeptidase SENP3 to distinct HOX genes. Epigenetics Chromatin 10: 15
- Jung J, Nayak A, Schaeffer V, Starzetz T, Kirsch AK, Muller S, Dikic I, Mittelbronn M, Behrends C (2017) Multiplex image-based autophagy RNAi screening identifies SMCR8 as ULK1 kinase activity and gene expression regulator. Elife 6
- Nayak A, Muller S (2014) SUMO-specific proteases/isopeptidases: SENPs and beyond. Genome Biol 15: 422
- Nayak A, Viale-Bouroncle S, Morsczeck C, Muller S (2014) The SUMO-specific isopeptidase SENP3 regulates MLL1/MLL2 methyltransferase complexes and controls osteogenic differentiation. Mol Cell 55: 47-58
- Raman N, Nayak A, Muller S (2014) mTOR signaling regulates nucleolar targeting of the SUMO-specific isopeptidase SENP3. Mol Cell Biol 34: 4474-84
- Nayak A, Glockner-Pagel J, Vaeth M, Schumann JE, Buttmann M, Bopp T, Schmitt E, Serfling E, Berberich-Siebelt F (2009) Sumoylation of the transcription factor NFATc1 leads to its subnuclear relocalization and interleukin-2 repression by histone deacetylase. J Biol Chem 284: 10935-46
Kollaborationen
- Dr. Chiara Luanzolo
Institut für Biomedizinische Technologien (ITB)-CNR Labor für Chromatin und Nukleararchitektur
am Istituto Nazionale di Genetica Molecolare "Romeo ed Enrica Invernizzi” Milano, Italien - Prof. Riikka Kivela
Stem Cells and Metabolism Research Program, Faculty of Medicine. University of Helsinki, Finland. Faculty of Sport and Health Sciences. University of Jyväskylä, Finland - Dr. Julien Gondin
Institut NeuroMyoGène (INMG) Physiopathologie et Génétique du Neurone et du Muscle (PGNM) UMR CNRS 5261 – INSERM U1315, Lyon, France. - Prof. Dr. med. Michael Heuser
Innere Medizin, Hämatologie / Onkologie. Universitätsmedizin Halle, Germany - Prof. Dr. Christian Bär
Institute of Molecular and Translational Therapeutic Strategies, Hannover Medical School, Germany
Lehre
- Praktika für Medizinstudierende (Humanmedizin und Zahnämedizin)
- Seminare für Medizinstudenten
- Praktika für Biologiestudenten
- Praxiskurse für Studierende des MSc „Biomedizin“.
- Doktorarbeiten in Biologie und Medizin