Detailseite
Projekt
Translationale GTPasen und das Energieprofil des 70S Ribosoms
Antragsteller
Professor Dr. Christian M. T. Spahn
Fachliche Zuordnung
Strukturbiologie
Förderung
Förderung von 2012 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207100805
Translationale GTPasen (trGTPasen) stellen eine wichtige Gruppe unter den Translationsfaktoren dar. Sie kontrollieren und steuern das Ribosom währen der vier Phasen der Proteinbiosynthese. trGTPasen erkennen üblicherweise einen spezifischen Funktionszustand des Ribosoms, den sie in der GTP-Konformation binden. Komplexe und dynamische Interaktionen während des entsprechenden Schrittes führen zu verschiedenen Zwischenzuständen. GTP-Hydrolyse und Dissoziation der Phosphat-Gruppe können wichtige Schritte sein, die die wechselseitigen molekularen Interaktionen beeinflussen und schließlich zur Dissoziation des Faktors in der GDP-Konformation führen. In der Betrachtungsweise des metastabilen Energieprofils kann das Ribosom als Brownsche Maschine aufgefasst werden, die mit Hilfe der thermischen Energie verschiedene Konformationszustände einnehmen kann. trGTPasen können dieses Energieprofil beeinflussen und so, durch eine Art Einfriermechanismus, einen selteneneren Zustand begünstigen, so dass es insgesamt zu einer großen Konformationsänderung im Ensemble der Komplexe kommen kann. In diesem Projekt wollen wir mit der Methode der Kryo-EM in Kombination mit digitaler Bildverarbeitung das Zusammenwirken zwischen kanonischen trGTPasen und dem bakteriellen 70S Ribosom strukturell analysieren. In der zweiten Antragsperiode wollen wir uns nach wie vor mit den Elonationsfaktoren EF-Tu und EF-G und den entsprechenden Schritten tRNA Selektion und Translokation beschäftigen und das Programm zusätzlich um IF2 (Initiation) und RF3 (Termination) erweitern, so dass wir einen vergleichenden Überblick über alle vier universell-konservierten trGTPasen erhalten können. Durch die "revolutionären", neuen Kameras, die Elektronen direkt detektieren können, ist es jetzt möglich Kryo-EM Strukturen im nah-atomaren Auflösungsbereich zu berechnen. Die Weiterführung der technischen Kollaborationen mit den anderen Projekten, die Kryo-EM verwenden (P2, P3, P4) wird dabei eine entscheidende Hilfe sein, um die Strukturen und die strukturelle Dynamik von Komplexen des 70S Ribosoms mit trGTPasen, die unter verschiedenen Bedingungen, z.B. blockiert durch Antibiotika oder nicht-spaltbare GTP-Analoga, am Ribosom gebunden sind, aufzuklären. Experimente an Initiationskomplexen mit IF2 und auch IF1 und IF3 werden in enger Kollaboration mit P6 durchgeführt. Funktionsstudien und weitere Unterstützung von P5, P6 und P7 werden zudem die Interpretation der strukturellen Daten in einem funktionellen Kontext befördern. Der Vergleich der hier untersuchten kanonischen trGTPasen mit den von P2 untersuchten spezialisierten GTPase Faktoren wird wichtige Erkenntnisse über die evolutionär konservierten und divergenten Eigenschaften liefern. Ergänzend werden wir darüber hinaus die von P7 durchgeführte Analyse von pausierenden Ribosomen-gebundenen naszierenden Peptidketten mit strukturellen Analysen unterstützen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
