Erforschung der Insertion, Faltung und Assemblierung von Ionenkanälen mit EInzelmolekül-Methoden.

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sebastian Leptihn
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282187439

Ziel der Forschung ist die Untersuchung der Membranbiogenese von Ionenkanälen in vitro. Hierbei dient der prototypische Kaliumkanal KcsA als Modellprotein. Monomere des Proteins bestehen jeweils aus zwei Transmembran-Domänen, während der funktionelle, oligomere Kanal aus vier Untereinheiten zusammengesetzt ist.Mit dieser Arbeit wollen wir generelle Mechanismen der spontanen Insertion, Faltung und Oligomerisierung von alpha-helikalen Membranproteinen verstehen. Im Gegensatz zu der Insertion von Proteinen durch Translokasen oder Insertasen wie SecYEG oder YidC, bezieht sich unsere Forschung auf die autonome/ spontane Insertion, welche von physikalisch-chemischen Faktoren wie beispielsweise elektrostatischen Interaktionen, Amphipathizität und Hydrophobizität des Proteins selbst, aber auch von seiner Umgebung abhängen. Ein Schwerpunkt hierbei ist es, den Einfluss von Lipiden auf die Insertion, Faltung und Oligomerisierung der Modelproteine zu verstehen.Die Forschungsarbeit ist in drei Teile gegliedert: Im ersten Teil wird die Insertion des Proteins untersucht, im Zweiten die Faltung der Monomere in der Membran. Im dritten Projektteil erforschen wir die Assoziation der Monomere zu funktionellen, oligomeren Kanälen. Da sich diese Prozesse nicht synchronisieren lassen, verwenden wir Einzelmolekül-Methoden. Zum einen kommt die Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) zum Einsatz. Mittels FCS bzw. FCS-basierten Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) Messungen untersuchen wir die Insertion, Faltung und Oligomerisierung der Ionenkanäle in Lipidvesikel. Zum anderen setzen wir ein künstliches Membransystem ein, die sog. Droplet-Interface-Bilayers (DIBs). Mit DIBs haben wir die Möglichkeit auch die Oligomerisierung zu funktionellen Kanälen festzustellen, da wir hier elektrophysiologische Messungen zusätzlich zu optischen Experimenten durchführen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen