400 MHz Festkörper-NMR-Spektrometer

• Subject Area: Biological Chemistry and Food Chemistry
• Term: Funded in 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 193661079

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Das Gerät wurde genutzt, um Methoden für die Festkörper-NMR Spektroskopie weiterzuentwickeln. Insbesondere wurden Protonen-Detektionsverfahren tür mikrokristalline, perdeuterierte Proteine weiter entwickelt. Bei diesem Verfahren werden austauschende Protonen mit Deuteronen ersetzt, um das Protonenspinsystem zu verdünnen. Durch die Reduktion von Protonen-Protonen dipolaren Wechselwirkungen kommt es zu Linienverschmälerungen. Bei einer MAS Rototationsfrequenz von 20 kHz werden Linienbreiten von 25 Hz bzw. 10Hz in der Protonen- bzw. Stickstoffdimension erzielt. Die erreichten Linienbreiten sind vergleichbar zu den Linienbreiten, die in Lösung erzielt werden. Entsprechend wurden Methoden, die auf skalaren Magnetisierungstransfers beruhen, für Festkörper-NMR Anwendungen getestet. Im Festkörper ist die Linienbreite der Signale nicht durch das Tumbling des Moleküls in Lösung bestimmt. So konnten wir nachweisen, dass im Vergleich zu Lösungs-NMR spektroskopischen Experimenten Informationen über Proteindynamik um mehrere Grössenordnung verlässlicher zu bestimmen ist, da die gemessenen Relaxation lediglich durch lokale Bewegungen hervorgerufen wird. Wir konnten weiterhin zeigen, dass der Einsatz von TROSY-artigen Experimenten in Loop-Bereichen, deren Dynamik im nS-lls Bereich liegt, zu einer verbesserten Auflösung und Empfindlichkeit führt. Gleichzeitig erlauben "Spin-State Selective Excitation and Tranfer" (S3E und S3T) Experimente die Selektion einer Multiplet-Komponente in 1H, 15N Korrelationsexperimenten. Unter "off-MAS" Bedingungen, bei denen der Magische Winkel (Rotorachse zu Magnetfeld) nicht genau getroffen wird, können so noch qualitativ hochwertige Spektren erhalten werden. Diese Methode hat ein grosses Potential für die Strukturbestimmung in der Festkörper-NMR Spektroskopie, da unter off- MAS Bedingungen anisotrope Wechselwirkungen naturgemäß nicht ausgemittelt werden. Im Augenblick verfolgen wir diese Experimente weiter, um zu zeigen, dass dieser Ansatz eine gangbare Alternative zur Strukturaufklärung von Proteinaggregaten und Membranproteinen darstellt.

Publications

• An asymmetric dimer can be the basic subunit in Alzheimer's disease ß-amyloid fibrils. Angewandte Chemie Int. Edt. Engl. 51 6136-6139 (2012)
  Lopez del Amo, J.M., Schmidt, M., Fink, U., Dasari, M., Fändrich, M., Reif, B.
  
• Assignment strategies for aliphatic protons in the solid-state in randomly protonated proteins. J. Biomol. NMR 52 31-39 (2012)
  Asami, S., Reif, B.
  
• Optimal degree of protonation for 1H detection of aliphatic sites as a function of the MAS frequency. J. Biomol. NMR 54 155-168 (2012)
  Asami, S., Szekely, K., Schanda, P., Meier, B.H., Reif, B.
  
• Structural analysis of Alzheimer disease beta-amyloid oligomers induced by the green tea compound epigallocatechin-3-gallate (EGCG). J. Mol. Biol. 421 517-524 (2012)
  Lopez del Amo, J.M., Dasari, M., Fink, LI., Grelle, G., Wanker, E.E., Bieschke, J., Reif, B.
  
• Field Cryogenic solid-state NMR studies of fibrils of the Alzheimer's disease amyloid-ß peptide: Perspectives for DNP. J. Biomol. NMR 56, 359-363 (2013)
  Lopez del Amo, J.M., Schneider, D., Lange, A., Reif, B.
  
• Hydrogen bonding involving side chain exchangeable groups stabilizes amyloid quarternary structure. Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 12551-12557 (2013)
  Agarwal, V., Linser, R., Dasari, M., Fink, U., Lopez del Amo, J.M., Reif, B.
  
• Protein/RNA interfaces probed by 1H detected MAS solid-state NMR. Angewandte Chemie Int. Edt. Engl. 52 2345-2349 (2013)
  Asami, S., Rakwalska-Bange, M., Carlomagno, T., Reif, B.
  
• Proton detection of MDa sized protein complexes in solution by MAS solid-state NMR. Angewandte Chemie Int. Edt. 52, 8746-8751 (2013)
  Mainz, A., Religa, T., Sprangers, R., Linser, R., Kay, L.E., Reif, B.
  
• Proton-detected solid-state NMR at aliphatic sites: Applications to Crystalline Systems. Acc. Chem. Res. 46 (9), 2089-2097 (2013)
  Asami, S., Reif, B.
  
• Dynamics in the Solid-State: Perspectives for the Investigation of Amyloid Aggregates, Membrane Proteins and Soluble Protein Complexes. J. Biomol. NMR 59 1-14 (2014)
  Linser, R., Sarkar, R., Mainz, A., Reif, B.
  
• Site-specific analysis of heteronuclear NOE effects in microcrystalline proteins. J. Biomol. NMR 59 241-249 (2014)
  Lopez del Amo, J.M., Agarwal, V., Sarkar, Porter, J., Asami, S., R., Rübbelke, M., Fink, U., Lange, O.F., Reif, B.