Homotypisch interagierende Transmembranhelices des humanen bitopischen Membranproteoms: Der Einfluss von Primärstruktur und Lipiden auf Affinität und Stöchiometrie

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Langosch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 105798956

Bitopische Membranproteine erfüllen eine Vielzahl biologischer Funktionen and entsprechen >10% (~2200 Proteine) des humanen Proteoms. Von vielen dieser Proteine ist bekannt, dass sie über ihre Transmembrandomänen (TMDen) homomerisieren. Die Helix-Helix Kontaktflächen bilden häufig komplexe Motive aus verschiedenen Aminosäuretypen aus. Gegenwärtig ist unklar wieviele unterschiedliche Motive existieren und wie diese mit der Quartärstruktur und Funktion der jeweiligen Proteine zusammenhängen.Unsere kürzlich publizierten bioinformatischen Analysen des gesamten humanen bitopischen Membranproteoms verbunden mit experimentellen Befunden zu TMD-TMD Interaktionen kann wie folgt kurz zusammengefasst werden: Erstens, ein signifikanter Teil der TMDs (13,5%) kann per Sequenzhomologie in Gruppen eingeteilt werden, die im Wesentlichen paraloge Sequenzen enthalten. Einige dieser Gruppen sind durch hochaffine homotypische TMD-TMD Interaktionen charakterisiert, welche vorher nicht bekannt waren. Zweitens, hunderte von TMD Helices weisen eine einseitige Sequenzkonservierung auf, welche zur Vorhersage homotypischer Interaktionen genutzt werden kann.Diese bisherigen Resultate wollen wir im vorliegenden Folgeantrag aufgreifen und nutzen. Im Ziel 1 wollen wir systematische Mutagenesen und den in vivo ToxR Assay für eine umfassende Analyse der Sequenzspezifität und der Rolle von Aminosäuremotiven bei der homotypischen Wechselwirkung einer Reihe neuer hochaffiner TMDs anwenden. Neben der Erweiterung des Katalogs hochaffiner TMDs werden bioinformatische Auswertungen der Resultate Aufschluss über den Zusammenhang zwischen der evolutionären Konserviertheit von Aminosäuren und ihrer Rolle in den Helix-Helix Kontaktflächen ergeben. In Ziel 2 wollen wir einen neuartigen homoFRET Assay entwickeln, um die Stöchiometrie der Wechselwirkung für diese TMDs zu ermitteln. Dazu werden wir den Einfluss positiv geladender flankierender Sequenzen als auch negativ geladener Lipide auf die Interaktionen untersuchen. Durch die Kombination dieser in vivo und in vitro Assays erhoffen wir uns allgemeine Antworten auf einige der wichtigsten Fragen in diesem Feld.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen