Aufbau und Dynamik makromolekularer und für die Homöostase relevanter Proteinkomplexe

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Stengel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282309713

Nahezu alle biologischen Prozesse werden von Proteinkomplexen kontrolliert und katalysiert. Die Aufklärung ihrer Architektur und Struktur sind dabei zentral für das Verständnis ihrer biologischen Rolle und Funktion in der Zelle. Trotz großer Fortschritte ist unser Verständnis, wie diese Komplexe auf der Ebene der intakten makromolekularen Ansammlung miteinander interagieren, aber immer noch überaus oberflächlich. Vor allem die dynamische Natur dieses Miteinanders ist noch weitestgehend unerforscht. Aber gerade das Begreifen dieser Interaktionen ist entscheidend, um zu verstehen wie der Proteingehalt einer Zelle reguliert wird, also letztendlich für das Verständnis zellulärer Homöostase. Methoden der klassischen, hochauflösenden Strukturbiologie allein werden nicht in der Lage sein, diese Fragestellungen zu beantworten. Es bedarf vielmehr eines neuen Ansatzes, bei dem mehrere Methoden in einem sogenannte hybriden Verbund integriert werden, um die Struktur derartiger makromolekularer Ansammlungen von Proteinen und Proteinkomplexen besser zu verstehen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens möchte ich daher Methoden entwickeln,um die Architektur, das Zusammenspiel und die generelle Dynamik von intakten Proteinkomplexen zu untersuchen, die für die zelluläre Homöostase eine Rolle spielen. Insbesondere sollen Methoden der Proteomik und der strukturellen Massenspektrometrie mit Ansätzen der Computer-gestützten Modellierung sowie mit modernen Sequenzierungsmethoden verbunden werden.Im Einzelnen schlage ich vor, i) die Architektur entscheidender Untereinheiten der Translations-Maschinerie aufzuklären, ii) das Methodenspektrum in der strukturellen Massenspektrometrie dahingehend zu erweitern, dass intakte Proteinkomplexe nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ untersucht werden können und diese mit modernen Sequenzierungsmethoden zu verbinden, um damit iii) die strukturelle und räumliche Beziehung von Proteinen und Proteinkomplexen, die in der Homöostase eine Rolle spielen, auf einer übergeordneten Ebene entschlüsseln zu können.Das hier vorgeschlagenen Forschungsvorhaben wird es mir daher nicht nur ermöglichen, das Zusammenspiel verschiedener Akteure, die für die Homöostase entscheidend sind, auf der Ebene des intakten Proteinkomplexes zu untersuchen. Es erlaubt mir auch, eine Lücke zwischen hoch-auflösenden Ansätzen der klassischen Strukturbiologie, wie z.B. Röntgenkristallographie, die lediglich für einzelne Proteinkomplexe funktionieren, und systemweiten Ansätzen der Proteomik, die auf der Ebene des einzelnen Proteins oder Peptides funktionieren, zu schließen. Der in diesem Antrag beschriebene hybride Ansatz wird es daher ermöglichen, den strukturellen Zusammenhalt beliebiger, makromolekularer Ansammlungen von Proteinen und Proteinkomplexen darzustellen und somit unser Verständnis dieser wichtigen Schlüsselmodule der Zellen zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: HPLC
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher