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Projekt
Struktur-basierte Aufklärung der molekularen Mechanismen der Prestin-vermittelten cochleären Verstärkung
Antragsteller
Professor Dr. Dominik Oliver
Fachliche Zuordnung
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Förderung
Förderung von 2012 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218325332
Die aktive mechanische Verstärkung im Säugetier-Innenohr benötigt die sogenannte Elektromotilität. Dabei handelt es sich um von der Membranspannung angetriebene ultraschnelle Längenänderungen der sensorischen äußeren Haarzellen. Elektromotilität wird von Prestin (SLC26A5) verursacht, einem Anionentransporter-verwandten, spezifisch in äußeren Haarzellen vorkommenden Protein. Es wird angenommen, dass Elektromotilität aus molekularen Konformationsänderungen von Prestin resultiert, welche direkt durch Änderungen des Membranpotentials ausgelöst werden und denen die Bindung monovalenter Anionen vorausgeht. In der vorangegangen Förderperiode haben wir mittels Homologie-Modellierung und Molekular-Dynamik-Simulationen, sowie experimentell durch umfangreiche Mutagenese ein 3-D-Strukturmodell von Prestin und Nicht-Säugetier-Homologen entwickelt. Die Eigenschaften dieser Struktur sind in Übereinstimmung mit zahlreichen funktionellen Charakteristika von Prestin, einschließlich seiner Anionen-Abhängigkeit, sowie mit zuvor identifizierten funktionellen Domänen. Basierend auf dieser strukturellen Kenntnis werden wir nun die molekulare Dynamik untersuchen, welche zur Generierung von mechanischer Kraft bzw. Bewegung führt. Dazu werden wir Spannungs- und Anionen-abhängige Konformationsänderungen mittels zustandsabhängiger Modifikation einzelner Aminosäuren und mit Umgebungs-sensitiven Farbstoffen analysieren. Neben dem molekularen Mechanismus der Krafterzeugung ist immer noch nicht endgültig geklärt, wie Prestin zur mechanischen Verstärkung beiträgt: (i) in einem langsamen Modus, indem es den Arbeitsbereich des eigentlichen aktiven Prozesses einstellt, oder (ii) ultraschnell, indem es Schwingung für Schwingung auch bei hohen akustischen Frequenzen Kraft erzeugt. Um zwischen den beiden Mechanismen zu unterscheiden wollen wir kinetisch veränderte Prestin-Mutanten in Mäuse einbringen. Dazu werden wir mit hochaktuellen Genom-Engineering-Methoden gezielte Mutationen im Prestin-Gen setzen und die Funktion des Innenohrs der solchermaßen genetisch veränderten Mäuse analysieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
