Projekte und Gruppen

Nachfolgend finden Sie eine Aufstellung aller am Sonderforschungsbereich beteiligten Projekte.
Für ausführlichere Informationen rufen Sie bitte unsere undefinedenglischsprachigen Seiten auf.

Projekt

Titel

Projektleiter, Institut an der HHU

Forschungsgebiete

A01

Die Hämolysin A Sekretions-maschinerie aus E. coli

Prof. Dr. Lutz Schmitt,
Institute für Biochemie I

Biochemie, Biophysik, Strukturbiologie

A02

Eine neue membrangebundene Phospholipase B aus Pseudomonas aeruginosa

Prof. Dr. Karl-Erich Jaeger,
Institut für Molekulare Enzymtechnologie

Molekulare Mikro-biologie, Biochemie, Strukturbiologie

A03

Modulierung des funktionellen Zustandes von Membranproteinen durch dynamische Assoziation und Dissoziation

Prof. Dr. Holger Gohlke,
Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie

Molekulare Simulation, Molekulare Bioinformatik

A04

Die massiv expandierte endozytotische Maschinerie von Trichomonas vaginalis

PD Dr. Sven Gould,
Institut für Molekulare Evolution

Zellbiologie,
Bioinformatik

A05

Die Funktion von LIPP beim Kontakt eindringender Chlamydien mit der Plasmamembran der Wirtszelle

Prof. Dr. Johannes Hegemann,
Institut für Funktionelle Genomforschung der Mikroorganismen

Zellbiologie,
Immunologie

A06

Dynamik und Transport von mGBP Proteinkomplexen zwischen membranösen Kompartimenten

Prof. Dr. Klaus Pfeffer,
Dr. Daniel Degrandi,
Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene

Immunologie,
Zellbiologie

A07

Aufklärung der Wechselwirkungen zwischen mGBP-Proteinen und Lipidmembranen

Jun.-Prof. Dr. Birgit Strodel,
Institut für Theoretische Chemie und Computerchemie

Molekulare Simulation

A08

Untersuchung der Struktur, Dynamik und Wechselwirkungen von Proteinen während der Membranassoziation und -dissoziation mit hp-FRET

Prof. Dr. Claus Seidel,
Institut für Molekulare Physikalische Chemie

Biophysikalische Spektroskopie,
Fluoreszenz-spektroskopie

A09

Dynamischer endosomaler Transport und unkonventionelle Sekretion

Prof. Dr. Michael Feldbrügge,
Dr. Kerstin Schipper,
Institut für Mikrobiologie

Zellbiologie,
Proteinbiochemie

B01

Bestimmung der Dynamik der Inter-aktion des endosomalen Proteins Lethal (2) giant discs (Lgd) mit Mitgliedern der CHMP Protein Familie während der Bildung von intraluminalen Vesikeln

Prof. Dr. Thomas Klein,
Institut für Genetik, HHU

Zelluläre Signal-transduktion,
Zellbiologie,
Immunologie

B02

Ausnutzen des wirtszellulären Vesikeltransportes: Wie bedient sich HIV-1 Nef Autophagie-relevanter Proteine (ATGs)?

Prof. Dr. Dieter Willbold,
Institut für Physikalische Biologie

Biochemie, Biophysik, Strukturbiologie, Zellbiologie

B03

Aufklärung der Dynamik des mit autophagosomalen Membranen assoziierten Proteins GABARAP mittels NMR-Spektroskopie

Dr. Philipp Neudecker,
Institut für Physikalische Biologie

Biochemie, Biophysik, Strukturbiologie

B04

Dynamik der ligandeninduzierten Assemblierung und des Intermem-brantransportes plasmamembran-ständiger Rezeptorkomplexe bei Pflanzen

Prof. Dr. Rüdiger Simon,
Prof. Dr. Claus Seidel,
Institut für Entwicklungsgenetik und Institut für Molekulare Physikalische Chemie

Rezeptorkinasen, Signaltransduktion, Membranproteine, Stammzellentwicklung

B05

Proteininteraktionen und dynamische Regulation des Eisentransporters IRON-REGULATED TRANSPORTER1 (IRT1) und des Eisentransports in der Zelle

Prof. Dr. Petra Bauer,
Institut für Botanik

Zellbiologie, Molekulare Pflanzenbiologie, Proteomics

B06

Signalübermittlung braucht Kupfer - Rezeptor-Metallkomplexbildung und -abbau in der Ethylenrezeptorfamilie

Prof. Dr. Georg Groth,
Institut für Biochemische Pflanzenphysiologie

Pflanzenbiochemie,
Strukturbiologie

B09

Erforschung der Kontaktzone zwischen Wirtszelle und ihren neu erworbenen photosynthetischen Organellen in der Amöbe Paulinella chromatophora (Rhizaria, Cercozoa)

Dr. Eva Nowack,

Emmy-Noether-Gruppe,
Institut für Mikrobiologie

Pflanzenbiochemie,
Pflanzenphysiologie

B10

Initiale Schritte der Thylakoid-membranbildung und die Rolle des Endomembranvermittelten Proteinimportes in die Plastiden

PD Dr. Karin Meierhoff,
Prof. Dr. Peter Westhoff,
Institut für Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen

Molekulare Pflanzenbiologie

B11

Rolle der DUF 3411-Proteine in der dynamischen Remodellierung und Intermembran-Interaktionen der plastidären Hüllmembransysteme

Prof. Dr. Andreas Weber,
Institut für Biochemie der Pflanzen

Zellbiologie,
Protein-Membran-Interaktion

Z01

Charakterisierung von Membran-proteinkomplexen mittels Proteinmassenspektrometrie

Prof. Dr. Kai Stühler,
Molecular Proteomics Laboratory, BMFZ

Proteomics, Protein-Massenspektrometrie

Z02

In vivo-Fluoreszenzbildgebung
- Analyse von Membranprotein-komplexen in Raum und Zeit

Dr. Stefanie Weidtkamp-Peters,
Center of Advanced Imaging (CAi)

Fluoreszenzbildgebung

A01: Die Hämolysin A Sekretionsmaschinerie aus E. coli

Das Hämolysin A Typ 1 Sekretionssystem (T1SS) aus E. coli befördert das humanpathogene Toxin Hämolysin A in einem Schritt über beide Membranen des Bakteriums. Eine Kombination von in vitro und in vivo Ansätzen soll Kernfragen zur dynamischen Assemblierung und den molekularen Eigenschaften der Transport-kompetenten Komponenten der beteiligten Proteine klären: (1) Identifikation der Schalter und Signale, die die Änderungen im T1SS bewirken (struktureller Ansatz), (2) Bestimmung des molekularen Interaktionsnetzwerkes kombiniert mit einer in vitro Rekonstitution des Systems (funktionaler Ansatz) und (3) Korrelation der in vivo Analysen mit den in vitro Daten (zellulärer Ansatz).

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A02: Eine neue membrangebundene Phospholipase B aus Pseudomonas aeruginosa

Projekt A02 untersucht die Struktur, Dynamik und physiologische Funktion von PlbF, einer neu identifizierten Phospholipase B aus dem humanpathogenen Bakterium Pseudomonas aeruginosa. Die Kristallstruktur von PlbF ergab Hinweise auf die Bildung von Dimeren durch Interaktion von Transmembranhelices. Außerdem wurden im aktiven Zentrum des Enzyms Fettsäuren identifiziert, die als Lipid-Messenger dienen und die Virulenz von P. aeruginosa beeinflussen könnten. Wir wollen die Rolle von PlbF bei der Bildung von Signalmolekülen untersuchen, die entweder innerhalb einer Zelle wirken oder an der Kommunikation zwischen verschiedenen Zellen beteiligt sind, insbesondere während bakterieller Infektionen.

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A03: Modulierung des funktionellen Zustandes von Membranproteinen durch dynamische Asso ziation und Dissoziation

Wir wollen anhand zweier Systeme untersuchen, wie dynamische Assoziation und Dissoziation den funktionellen Zustand von Membranproteinen unter der Bedingung der Erhaltung ihrer molekularen Identität moduliert: I) molekularen Komponenten von zentraler Bedeutung für Ethylensignaling in Pflanzen und II) PlbF, einer neuen Phospholipase B aus P. aeruginosa. Durch molekulare Simulationen und Modellierung in enger Verzahnung mit Experimenten wollen wir Erkenntnisse gewinnen über I) die Rolle und den Transport des Kupfer-Cofaktors für die Ethylenrezeptor-Biogenese und das Ethylensignaling und II) den molekularen Mechanismus der von einer Monomerisierung / Dimerisierung abhängigen PlbF-Aktivierung.

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A05: Die Funktion von LIPP beim Kontakt eindringender Chlamydien mit der Plasmamembran der Wirtszelle

Das Chlamydia  pneumoniae Adhäsin LIPP bindet an Humanzellen und induziert eine Phosphatidyl-serin-Translokation von der inneren in die äußere Lipidschicht der Wirtszellmembran. Dies optimiert die Effizienz der chlamydialen Internalisation. Wir definieren die funktionellen LIPP Domänen für Adhäsion und Phosphatidylserin-Exponierung und charakterisieren die proteinösen humanen Interaktionspartner von LIPP. Wir klären durch Analyse der Interaktion von LIPP mit artifiziellen und zellulären Membranen die räumlichen und zeitlichen Änderungen in der Membranidentität auf. Die durch LIPP ausgelösten Änderungen in Identität und Zusammensetzung der Membran an der Pathogen-Wirt Schnittfläche resultieren in eine Signalgebung, welche in diesem Projekt analysiert wird.

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A06: Dynamik und Transport von mGBP Proteinkomplexen zwischen membranösen Kompartimenten

Die GTPasen-Familie der mGBPs sind wichtige Proteine der zellautonomen Immunität gegen Toxoplasma gondii. Wir werden die Mechanismen untersuchen, die an der durch mGBPs gesteuerten Kontrolle der T. gondii Infektion beteiligt sind. Hierfür werden wir die molekularen Interaktionen und Multimerisierungs-eigenschaften von mGBP7 aufklären und die Faktoren identifizieren, die für den Transport der mGBPs von zytoplasmatischen Kompartimenten zur parasitophoren Vakuolenmembran (PVM) benötigt werden. Außerdem werden wir die molekularen Mechanismen der Bindung und Zerstörung der PVM durch mGBPs bestimmen, um Erkenntnisse über die molekulare Kontrolle von intrazellulären Pathogenen zu gewinnen.

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A07: Aufklärung der Wechselwirkungen zwischen mGBP-Proteinen und Lipidmembranen

Einige der murinen Guanylat-bindenden Proteine (mGBPs) werden stark hochreguliert nach Infektion mit dem Erreger Toxoplasma gondii, der sich in einer parasitophoren Vakuole (PV) in den Wirtszellen aufhält. Für mGBP2 und mGBP7 wurde gezeigt, dass diese zur PV rekrutiert werden. Das Ziel des Projekts A07 ist, die molekulare Grundlage für die Lokalisierung beider Proteine an der PV-Membran und die daraus resultierenden Effekte auf die Membran aufzuklären, um im Weiteren die Rollen von mGBP2 und mGBP7 in der Wirtsabwehr gegen T. gondii-Infektion näher definieren zu können. Zu diesem Zweck werden molekulare Simulationen durchgeführt und mit Experimenten aus Projekten A06 und A08 verbunden.

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A08: Untersuchung der Struktur, Dynamik und Wechselwirkungen von Proteinen während der Membranassoziation und -dissoziation mit hp-FRET

Hier werden wir Einzelmolekül- und Ensemble-Fluoreszenzspektroskopie sowie Multiparameter-Fluoreszenz-Image-Spektroskopie mit hoch präzisen Messungen des Förster Resonanz Energietransfers durchführen, um das gleiche Protein an Membranen und in Lösung unter in vitro Bedingungen und in lebenden Zellen zu untersuchen. Dies erlaubt uns das Problem anzugehen, wie unterschiedliche Umgebungen und chemische Identitäten oder Wechselwirkungspartner die dynamischen, strukturellen und funktionalen Eigenschaften von Proteinen beeinflussen. In einem integrierten Ansatz mit anderen Teilprojekten werden wir zwei prototypische Systeme untersuchen: GABARAP (14 kD) mit einer und das murine Guanylat Bindeprotein (65 kD) mit drei Domänen.

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A09: Dynamischer endosomaler Transport und unkonventionelle Sekretion

In Ustilago maydis ist der Rrm4 vermittelte endosomale mRNA-Transport wichtig für das Hyphenwachstum und die unkonventionelle Sekretion. Um zu untersuchen, wie Rrm4 an motile Endosomen bindet, werden Struktur/Funktionsanalysen von Upa1 durchgeführt. Dieses endosomale Protein interagiert über ein neuartiges PAM2-ähnliches Motif mit Rrm4. Die Aufklärung des Interaktionsmechanismus wird die Grundlage für die Identifizierung zusätzlicher Rrm4-Interaktionspartner mit PAM2 ähnlichen Motiven darstellen. Durch einen genetischen Screen werden zudem Membran gebundene Komponenten des unkonventionellen Sekretionswegs identifiziert.

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B01: Bestimmung der Dynamik der Interaktion des endosomalen Proteins Lethal (2) giant discs (Lgd) mit Mitgliedern der CHMP Protein Familie während der Bildung von intraluminalen Vesikeln

Der ESCRT-III complex vermittelt das Abschnüren intraluminaler Vesikel von der limitierenden Membran des Endosoms während des endosomalen Transports von Transmembranproteinen. Wir konzentrieren uns hier auf die Funktion des endosomalen Proteins Lethal (2) giant discs (Lgd), dass die Aktivität des zentralen ESCRT-III Proteins CHMP4 in Metazoen reguliert. Lgd interagiert direkt mit dem Drosophila CHMP4 Ortholog Shrb durch seine nicht charakterisierte DM14 Domäne. Ziel ist die Bestimmung der strukturellen Voraussetzungen der Domäne für die Interaktion und die Konsequenzen der Bindung. Weiter klären wir die Rolle von Lgd während der angeborenen Immunantwort und Hämatopoese.

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B02: Ausnutzen des wirtszellulären Vesikeltransportes: Wie bedient sich HIV-1 Nef Autophagie-relevanter Proteine (ATGs)?

Wir wollen die Mechanismen verstehen, welche Nef, ein multifunktioneller Pathogenizitätsfaktor von HIV-1, für seinen intrazellulären Transport und seine Sekretion benutzt. Nef wird myristoyliert und soll zwischen geschlossenen, zytoplasmatischen und geöffneten, membranverankerten Formen wechseln. Nef induziert die massive Freisetzung extrazellulärer Vesikel und interferiert mit der Autophagie-Maschinerie. Mit biochemischen, zell- und strukturbiologischen Ansätzen soll die molekulare Basis der Interaktion von Nef mit ausgewählten ATGs untersucht sowie die Pfade aufklärt werden, über welche Nef im engen Verbund mit diesen ATGs an seine intra- und extrazellulären Wirkungsorte gelangt.

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B03: Aufklärung der Dynamik des mit autophagosomalen Membranen assoziierten Proteins GABARAP mittels NMR-Spektroskopie

Obwohl die Autophagie einen der grundlegenden zellulären Proteinabbaumechanismen darstellt, wird die Regulation autophagosomaler Membrankompartimente nach wie vor nur unzureichend verstanden. Mit Hilfe moderner NMR-Spektroskopie im Zusammenspiel mit anderen biophysikalischen und biochemischen Techniken werden wir die konformationelle Dynamik und den funktionellen Mechanismus von GABARAP untersuchen, einem zentralen Autophagie-Protein, das zwischen einer löslichen Form im Zytosol und einer membranverankerten Form alterniert, um die Verankerung und Hemifusion von Membranen in der Autophagosom-Biogenese zu vermitteln.

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B04: Dynamik der ligandeninduzierten Assemblierung und des Intermembrantransportes plasmamembranständiger Rezeptorkomplexe bei Pflanzen

Pflanzen exprimieren eine Vielzahl membranständiger Rezeptorkinasen (RLK) auf ihren Zelloberflächen. Diese RLKs bilden Multiproteinkomplexe, die verschiedene Liganden binden und je nach Kontext unterschiedliche zelluläre Antworten auslöst. Wie spezifische Antworten generiert werden ist noch nicht verstanden. Wir haben zuvor Mechanismen der Stammzellhomöostase in Meristemen von Arabidopsis thaliana untersucht. Durch Multiparameter Fluorescence Imaging Spectroscopy (MFIS) werden wir in Fusion mit Fluoreszenzproteinen exprimierte RLKs wie CLAVATA1 in planta detektieren und die Bildung von Rezeptorkomplexen, ligandeninduzierte Interaktionen und Intermembrantransport in vivo verfolgen.

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B05: Proteininteraktionen und dynamische Regulation des Eisentransporters IRON-REGULATED TRANSPORTER1 (IRT1) und des Eisentransports in der Zelle

IRON-REGULATED TRANSPORTER1 (IRT1) ist der essentielle Eisentransporter in der pflanzlichen Wurzel. Das Protein besitzt eine große zytoplasmatische Loopdomäne, die an Protein-Protein-Interak-tionen in der Zelle beteiligt ist und mit zytosolischen und peripheren Membranproteinen interagiert. Wir untersuchen die Rolle dieser Protein-Protein Wechselwirkungen für die Dynamik der IRT1 Regulation, das intrazelluläre „Trafficking“ und die Eisensignalisation von der Plasmamembran zu anderen Kompartimenten und Zielen von Eisen, um die Natur des Eisen-regulierten Mechanismus zu verstehen, der die IRT1 Funktion kontrolliert. 

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B06: Signalübermittlung braucht Kupfer - Rezeptor-Metallkomplexbildung und -abbau in der Ethylen-Rezeptorfamilie

Das Projekt beschäftigt sich mit molekularen Prozessen, Mechanismen und Dynamik der Kupferübertrag-ung auf die Ethylenrezeptorfamilie. Die Funktion der Rezeptoren hängt von einem in ihrem Membran­bereich gebundenen Kupferion ab. Ziel des Projektes ist, die Biogenese der funktionellen Metalloform der Rezeptoren auf molekularer Ebene zu verstehen. Dazu wollen wir Stöchiometrie, Thermodynamik und Se-lektivität der Metallbindung an die Rezeptoren und ihre Wechselwirkung mit Metall-Chaperonen unter-suchen. Ferner wollen wir die konformationelle Dynamik und die molekularen Strukturen dieser Komplexe auflösen. Fluores­zenz-mikroskopische Studien an lebenden Pflanzenzellen sollen die in den in vitro Stu-dien gewonnenen Erkenntnisse komplettieren.

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B09: Erforschung der Kontaktzone zwischen Wirtszelle und ihren neu erworbenen photosynthetischen Organellen in der Amöbe Paulinella chromatophora (Rhizaria, Cercozoa)

Unsere Gruppe interessiert sich für die Evolution intrazellulärer Bakterien in integrierte Zellorganellen. In diesem Projekt werden wir die Rolle der, das evolvierende Organelle umgebenden, Hüllmembranen in diesem Integrationsprozess studieren. Dazu nutzen wir die Amöbe Paulinella chromatophora, die evolutionär junge photosynthetische Organellen cyanobakterieller Herkunft besitzt, die Chromato-phoren genannt werden. Unsere Hauptziele sind es (i) Metabolittransporter zu identifizieren, die von der Wirtszelle in die Chromatophorenhüllmembranen insersiert werden und (ii) Komponenten zu finden, die Interaktionen von Endomembransystem des Wirts mit diesen Hüllmembranen ermöglichen.

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B10: Initiale Schritte der Thylakoidmembranbildung und die Rolle des Endomembranvermittelten Proteinimportes in die Plastiden

Ziel des Projektes ist es, Komponenten und grundlegende Schritte zu identifizieren, die in frühe Differenzierungsprozesse der Thylakoidmembran in den Chloroplasten höherer Pflanzen involviert sind. Ein zentraler Untersuchungsaspekt richtet sich auf den Einfluss des Endomembransystems bei der Thylakoidmembranbildung. Nach bisherigen Analysen ist der kürzlich identifizierte Faktor HCF222 für die Thylakoidmembranbiogenese essentiell und wird über das Endomembransystem in die Chloroplasten transportiert. Mittels eines genetischen und revers-genetischen Ansatzes wollen wir a) spezifische Komponenten und Prozesse dieses nicht-kanonischen Importweges untersuchen sowie b) neue Faktoren isolieren, die in initiale Schritte der Thylakoidmembranbildung involviert sind, insbesondere an der inneren Plastidenhüllmembran.

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B11: Rolle der DUF 3411-Proteine in der dynamischen Remodellierung und Intermembran-Interaktionen der plastidären Hüllmembransysteme

Traditionellerweise werden die Plastiden photosynthetischer Eukaryoten als isolierte zelluläre Organelle betrachtet die nicht in direktem Kontakt mit anderen zellulären Membransystemen stehen. In den geplanten Arbeiten fordern wir diese herkömmliche Sichtweise heraus und testen die Hypothese, dass die Plastidenhüllmembran mit der ER-Membran interagiert. Wir planen diejenigen Proteine zu identifizieren, welche die Plastiden-ER Interaktion vermitteln und kontrollieren und wir werden ihre Funktion in Knockout-Mutanten überprüfen. Unsere Arbeiten werden mittelfristig zum Verständnis der kontrollierten und dynamischen Interaktion zellulärer Membransysteme beitragen.

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Z01: Charakterisierung von Membranproteinkomplexen mittels Proteinmassenspektrometrie

Das Zentralprojekt Z01 stellt neben der Infrastruktur auch die Expertise für die moderne massenspektrometriebasierte Charakterisierung von Membranproteomen und Membranprotein-komplexen zur Verfügung. Z01 bedient sich hierbei der bereits am Molecular Proteomics Laboratory etablierten Proteomiktechniken für die quantitative Proteinanalyse und wird in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern maßgeschneiderte Protokolle für das photoaktivierbare Crosslinking von Proteinen in lebenden Zellen in Kombination mit der hochauflösenden Massenspektrometrie etablieren.

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Z02: In vivo-Fluoreszenzbildgebung - Analyse von Membranproteinkomplexen in Raum und Zeit

Im „Center for Advanced Imaging“ an der Heinrich-Heine Universität stehen für die in-vivo Untersuchung von Membranprotein Komplexen modernste fluoreszenz-mikroskopische Methoden zur Verfügung wie konfokale und Super-resolution Mikroskopie, aber auch Transmissions- und Raster-Elektronenmikroskopie, um die größtmögliche Auflösung in der Bildgebung zu erreichen. Im Rahmen des SFBs sollen diese Techniken eingesetzt werden, um in verschiedenen Organismen Signalweiterleitung über und an Membranen in Zusammenhang mit der Zusammensetzung von Proteinkomplexen an der Membran möglichst unter physiologischen Bedingungen zu untersuchen.

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Sprecher des SFB 1208

Prof. Dr. Lutz Schmitt

Universitätsstraße 1
Gebäude: 26.42
Etage/Raum: 03.27
Tel.: +49 211 81-10773
Fax: +49 211 81-15310

Koordinatorin SFB 1208

Dr. Cordula Kruse

Universitätsstr. 1
Gebäude: 26.31
Etage/Raum: O1.55
Tel.: +49 211 81-10771
Fax: +49 211 81-10769
Verantwortlich für den Inhalt: E-Mail sendenRedaktionsteam SFB 1208