NMR spektroskopische Charakterisierung ribosomaler Komplexe

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Reif
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289622162

Ribosomen gehören zu den komplexesten biologischen Maschinen. Sie sind sowohl in prokaryotischen als auch in eukaryotischen Zellen für die Translation, also die Umwandlung genetischer Information in funktionale Protein verantwortlich. Ribosomen sind große markomolekulare Komplexe mit einem Molekulargewicht von >2 MDa, die zu 2/3 aus ribosomaler RNA (rRNA) und 1/3 aus ribosomalen Proteinen bestehen. Diese rRNA-Protein Komplexe setzen sich aus zwei Domänen zusammen, einer kleinen Untereinheit, die die Ablesegenauigkeit sicherstellt, und einer grossen Untereinheit, die das aktive Zentrum des Ribosomes enthält. Kristallstrukturen der individuellen Untereinheiten sowie von vollständigen ribosomalen Partikeln haben die molekularen Details des Aufbaues von Ribosomen ans Licht gebracht, und damit die Grundlage für das Verständnis der Proteinbiosynthese geliefert. Insbesondere zeigt die Struktur der 50S Untereinheit einen 100 Å langen and 10-20 Å breiten Tunnel, den die wachsende Kette durchlaufen muss, bevor sie das Ribosom verlassen kann. Der Ausgangstunnel kann entweder 30 Aminosäurereste in gestreckter Konformation, oder 60 Aminosäurereste im gefalteten Zustand aufnehmen. Verschiedenste Untersuchungen haben sich mit der biophysikalischen und biochemischen Charakterisierung der wachsenden Kette befasst, konnten aber bislang nicht klären, ob und unter welchen Bedingungen die wachsende Kette strukturiert ist. Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) ist in der Lage sowohl die strukturellen als auch die dynamischen Aspekte von Biomolekülen auf atomarer Ebene zu charakterisieren. In den vergangenen Jahren wurden in der Festkörper-NMR erhebliche Fortschritte bei der strukturellen Analyse von großen, sedimentierten Proteinkomplexe erzielt. Die Kombination von ultraschneller Probenrotation (MAS) und Protonendetektion ermöglicht eine wesentliche Steigerung der Empfindlichkeit, und damit neue Wege in der Untersuchung großer Komplexe mittels NMR. Im Rahmen dieses Projektes verwenden wir Festkörper-NMR, um ribosomale Komplexe zu charakterisieren. Insbesondere werden wir ribosomale wachsende Ketten (RNCs), spezifische rekonstituierte, isotopenmarkierte ribosomale 50S und 70S Komplexe, sowie Ribosomen assoziierte Faktoren wir Trigger Factor eingehend betrachten. Ziel der Untersuchung ist es zu Röntgen-Kristallstrukturen komplementäre Daten in Bezug auf Struktur und Dynamik zu erhalten. In diesem Zusammenhang wollen wir klären welche durch RNCs induzierten konformationellen Änderungen von L29/L23 eine verstärkte Bindung von Trigger Factor bewirken. Wir gehen der Frage zur Struktur und Dynamik der RNC nach. Wir untersuchen die Faltung von RNCs in Gegenwart von Trigger Factor.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen