InMembrane - Assemblierung von MHC II Molekülen: Strukturelle Untersuchung der Protein-Protein- und Protein-Lipid-Interaktionen in der Membran

• Antragstellerin: Professorin Dr. Britta Brügger
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283963326

Die Funktion von Membranproteinen hängt von Interaktionen inner- und außerhalb der sie umgebenden Membran ab. Im Gegensatz zu Protein-Interaktionsmodulen in Membranen ist weitestgehend unbekannt, ob und wie Transmembrandomänen (TMD) von Proteinen spezifisch mit Membranlipiden interagieren. Gleichzeitig weist die enorme Vielzahl an Membranlipiden darauf hin, dass diese über ihre bekannte Funktion als strukturelle Komponenten von Membranen hinaus weitere Aufgaben erfüllen. Neuere Daten zeigen, dass Membranlipide zur Modulation von Proteinaktivitäten in der Membran beitragen können. Ein Beispiel hierfür ist unsere Entdeckung einer direkten und spezifischen Wechselwirkung eines Membranproteins mit einem Sphingolipid. Mittels Photoaffinitätsmarkierung konnten wir eine spezifische Interaktion einer individuellen Sphingomyelinspezies mit einem Membranprotein nachweisen, die sowohl von der hydrophilen Kopfgruppe als auch der hydrophoben Fettsäure abhängt. Zelluläre, in vitro- und in silico-Untersuchungen dieser Interaktion führten zur Entschlüsselung eines Lipid-Bindemotivs in der TMD des Membranproteins, welches in weiteren Membranproteinen des Säugetiersystems nachgewiesen wurde. Eines dieser Proteine ist das humane MHC II-Molekül DQA1, dessen Bindungspartner im maturen Heterodimer, DQB1, eine dem Sphingolipid-Bindemotiv verwandte Sequenz zeigt. Im Peptid-beladenen Zustand präsentiert dieser heterodimere Komplex auf der Zelloberfläche von Antigen-präsentierenden Zellen körperfremde Peptide. Sowohl DQA1 als auch DQB1 besitzen darüber hinaus in der Transmembrandomäne ein GXXXG-Motiv, das als Dimerisierungsmodul beschrieben ist. Im Rahmen des beantragten Projekts planen wir die Untersuchung i) der Struktur des Dimerisierungsmoduls, ii) der Lipidinteraktion von DQA1 und DQB1 und iii) der molekularen Grundlage und Funktion der Protein-Protein und Protein-Lipidinteraktion. Das Methodenspektrum umfasst spektroskopische, biochemische, zellbiologische und NMR-Experimente an artifiziellen Membranen sowie in zellulären Systemen. Zusammenfassend werden diese Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Funktion von Protein-Protein- und Protein-Lipid-Interaktionen von MHC II-Molekülen innerhalb der Membran leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Burkhard Bechinger