Untersuchung der motormechanischen Eigenschaften des zytoplasmatischen Dyneins während der prozessiven Bewegung entlang eines Mikrotubulus

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Walter Steffen
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 21030301

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Cytoplasmisches Dynein erfüllt viele wichtige Funktionen in der Zelle. Um all diese Funktionen zu erfüllen, verwendet das Dynein nur eine Isoform. Während es bekannt ist, dass Dynein teilweise durch akzessortische Proteine (z.B., Dynactin) reguliert werden kann, haben wir gezeigt, dass eine einzelne Isoform des Dyneins tatsächlich the vier Grundfunktionen ausführen kann. Die vier Grundfunktionen sind die Vorwärts­ und Rückwärtsbewegung und die processive und nicht­processive Bewegung. In unserem Forschungsprojekt haben wir die Mechanismen untersucht, mit denen diese Funktionen abgestimmt und benutzt werden um Motorkraft zu erzeugen. Unter Verwendung der "stopped flow", TIRF­Mikroskopie, optischer Falle untersuchten wir Bewegung, Kinetik und Motorik von monomerem und dimerem Dynein unter verschiedenen biochemischen Bedingungen. Aus unseren Studien schließen wir, dass Mg 2+­freies ATP die prozessive Bewegung fördert, höchstwahrscheinlich durch Bindung an AAA4. Die Mikrotubulus­Bindung und Freisetzung von Dynein wird signifikant durch Last beeinflusst. Externe Last erhöht die Bindungsfrequenz in Vorwärtsrichtung. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt für das dimere Dynein. Unter niedrigen Last bleibt die Lebensdauer des Mikrotubuli­gebundenen Zustandes des monomeren Dyneins weitgehend unbeeinflusst. Die Lebensdauer des Mikrotubuli­gebundenen Zustandes eines dimeren Dynein wird jedoch stark durch niedrige und hohe Lasten beeinflusst. Wir haben beobachten, dass die Bindung von dimerem Dynein ein zweistufiges Ereignis ist mit einer sehr kurzen Lebensdauer der ersten Stufe (k 1 = 2 ms). Dieses Verhalten ist besonders förderlich für den Start einer processiven Bewegung. Zusammenfassend können wir sagen, dass das zytoplasmatisches Dynein kein Hebelarm­Motor darstellt, wie das Muskel­Myosin 2, zytopasmatisches Dynein benimmt sich eher wie eine thermische Ratsche.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2014) Molecular mechanism regulating myosin and cardiac functions by ELC. Biochem Biophys Res Commun. 450, 464­469
  Lossie, J., Köhncke, C., Mahmoodzadeh, S., Steffen, W., Canepari, M., Maffei, M., Taube, M., Larchevêque, O., Baumert, P., Haase, H., Bottinelli, R., Regitz­Zagrosek, V., Morano, I.
  
• (2016) Load­dependent modulation of non­muscle myosin­2A function by tropomyosin 4.2. Sci Rep. 6, 20554
  Hundt, N., Steffen, W., Pathan­Chhatbar, S., Taft, M.H., Manstein, D.J.