Die Kettendynamik eines entfalteten Proteins

• Applicant: Privatdozent Dr. Hannes Neuweiler
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2011 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 204514204

Der Mechanismus der Proteinfaltung und die Funktion intrinsisch unstrukturierter Proteine sind Gegenstand intensiver Forschung. Beide Themen verbindet die experimentell schwer zugängliche Natur entfalteter Proteinketten. Entfaltete Proteine entziehen sich experimenteller Charakterisierung, da Heterogenität und Dynamik entfalteter Proteinkonformation unscharfe spektroskopische Signale hervorruft und kurzlebige Wechselwirkungen innerhalb der Proteinkette unerkannt bleiben. Das vorliegende Projekt verknüpft die Technik des Protein Engineering mit Einzelmolekül-Fluoreszenzspektroskopie um die Dynamik entfalteter Proteinketten mit Nanosekunden Zeitauflösung zu vermessen und somit spezifische Wechselwirkungen sichtbar zu machen. Die Entfernung einer einzelnen Aminosäure Seitenkette innerhalb eines kleinen Proteins des Kohlenhydratstoffwechsels kippt die Energiehyperfläche der Faltung, sodass der denaturierte Zustand unter physiologischen Bedingungen (Dphys) quantitativ bevölkert wird. Der Einsatz ortsspezifischer Mutagenese zur Erzeugung von Dphys steht im Gegensatz zur gängig angewandten chemischen Denaturierung, erhält die natürlichen Wechselwirkungen im denaturierten Zustand und macht sie somit der experimentellen Untersuchung zugänglich. Durch die Einführung konservativer Einzelpunkt-Mutationen in Dphys werden Seitenketten einzeln entfernt und deren Wechselwirkungen somit schrittweise sondiert. Eine neue Methode der Einzelmolekülspektroskopie, die vom Antragsteller erst kürzlich entwickelt und in die moderne Proteinspektroskopie integriert wurde, misst die Kettenbeweglichkeit in Dphys mit Nanosekunden Zeitauflösung und macht somit Wechselwirkungsnetzwerke sichtbar. Die erwarteten Ergebnisse liefern neue Einblicke in den Mechanismus der Proteinfaltung und –Missfaltung. Der Forschungsansatz ist übertragbar auf die Untersuchung von Wechselwirkungsnetzwerken, und deren Zusammenhang mit Funktion, intrinsisch unstrukturierter Proteine.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Italy
• Participating Person: Dr. Isabella Daidone