Struktur und Dynamik des humanen Guanylat bindenden Proteins in Lösung - Korrelation zwischen Streumethoden und Einzelmolekül FRET Experimenten

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Andreas Stadler
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280164000

Die allgemeine Zielsetzung des Forschungsprojektes liegt in der Untersuchung, wie die enzymatische Aktivität des menschlichen Guanylat-bindenden Proteins 1 (hGBP1) durch strukturelle Änderungen in Abhängigkeit von verschiedenen Nukleotiden bestimmt wird. Des Weiteren wird der Einfluss einer posttranslationellen Modifikation (Farnylisierung) auf die Struktur des Proteins und auf die Aggregation und folgende Dissoziation untersucht. Wir werden hierfür die Methoden der Kleinwinkelstreuung von Röntgen- und Neutronenstrahlung (SAXS und SANS), dynamischer Lichtstreuung (DLS), Neutronen Spin-Echo Spektroskopie (NSE) in Kombination mit Einzelmolekül-Fluoreszenz-Resonanzenergietransfer (FRET) verwenden, um die molekulare Funktionsweise von biochemischen Prozessen in Multi-Domänen Proteinen zu untersuchen.In dem ersten Teil des Projektes werden die Strukturen des monomeren, dimereren und tetrameren Zustands von hGBP1 in Lösung bestimmt. Zu diesem Zweck werden wir SANS und SAXS Experimente mit FRET Messungen kombinieren, um eine verfeinerte Interpretation von grobkörnigen und atomaren Computer Simulationen zu erreichen. Das Temperatur Verhalten der monomeren und dimeren Struktur wird zudem untersucht.In dem zweiten Teil des Forschungsprojekts werden die kollektiven Domänenbewegungen des monomeren und dimeren hGBP1 im Zeitbereich bis zu einigen hundert Nanosekunden mittels NSE gemessen. Das Ziel ist hierbei ein grundlegendes Verständnis der Dynamik des Proteins in den verschiedenen Zuständen zu erhalten. NSE ist komplementär zur Methode der Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS), die Informationen über langsamere Bewegungen auf einer Zeitskale von einigen Mikrosekunden bis zu einigen Millisekunden liefert. Die FCS Experimente werden in der Gruppe von Prof. Seidel (Heinrich Heine Universität, Düssseldorf) durchgeführt. Wir werden von starken synergetischen Effekten durch die Kombination der komplementären Methoden NSE und FCS profitieren.Der dritte Aspekt des Projekts wird sich mit der Untersuchung des Einflusses der posttranslationellen Farnylisierung auf die Struktur des Monomers, und die Charakterisierung der Struktur der aggregierten Spezies beschäftigen. Strukturelle Änderungen während dem Aggregationsprozesses werden mit zeitaufgelösten DLS und SAXS Messungen untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen