The role of cooperativity in cell-membrane controlled molecular surface processes

• Applicant: Dr. Michael Rabe
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2011 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 200554952

Kooperative Effekte sorgen für eine gewisse Organisation wenn Biomoleküle auf biologische Grenzflächen treffen. Wenn es uns gelingt, den Einfluss kooperativer Effekte auf biologische Prozesse genauer zu entschlüsseln, werden wir besser in der Lage sein, die mikroskopischen Details des Lebens zu verstehen. In dem hier vorgestellten Projekt sollen verschiedene biologisch relevante Prozesse und Phänomene auf möglichst realistischen Modelmembranen erforscht werden. Im ersten Teilprojekt wird das kooperative Adsorptionsund Aggregationsverhalten von alpha-Synuclein untersucht, ein wichtiger Prozess, der im Frühstadium der Parkinson’schen Krankheit auftritt. Erste Experimente zu diesem Thema haben bereits ergeben, dass alpha-Synuclein Proteine bei Kontakt mit einer Grenzfläche bevorzugt nahe beieinander adsorbieren. Nun geht es darum, einen plausiblen Mechanismus zu finden, der erklären kann wie dies zur Ausbildung von Protofibrillen und schließlich zu ausgereiften Amyloidstrukturen führt. Protofibrillen, die Vorstufe zu ausgereiften Amyloiden, werden nach dem aktuellen Stand der Forschung als die eigentlich neurotoxischen Spezies angesehen. Weiterhin ist geplant, die molekularen Vorgänge zu erkunden, die zur Virusinfektion einer Zelle führen. Dies wird mit Hilfe eines geeigneten Modelsystems erreicht, bestehend aus einer Lipidmembran mit darin enthaltenen Rezeptormolekülen und sogenannten virus-ähnlichen Partikeln, also nicht-infektiöse Nachahmungen eines Virus. In dem gastgebenden Institut wurden dazu bereits erste Untersuchungen gemacht, die nahe legen, dass die Ausbildung von Domänen innerhalb der Lipidmembran eine Vorraussetzung dafür ist, dass der Virus an einer Zelle binden kann. Diese Lipid-Domänen sind bewegliche, lokale Ansammlungen von Rezeptoren oder Liganden. Das Zusammenspiel zwischen Rezeptor-Ligand Wechselwirkungen und der Ausbildung von Domänen ist eine weitere Ausprägung kooperativer Effekte, die im Detail erklärt werden soll.

• DFG Programme: Research Fellowships
• International Connection: Sweden
• Host: Professor Dr. Fredrik Höök