FLUOR - Fluorierte Tenside für Membranproteine

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Sandro Keller; Privatdozentin Dr. Annette Meister
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316675121

Membranproteine spielen Schlüsselrollen in der Zellkommunikation und in Transportprozessen und stellen die Mehrheit aller Wirkstoffziele dar. Unser Verständnis ihrer Struktur, Dynamik und Funktion schreitet aber nur langsam voran, was insbesondere auf Schwierigkeiten zurückzuführen ist, die sich aus ihrer Hydrophobizität ergeben. Traditionellerweise werden diese Proteine für in-vitro-Versuche mithilfe sog. Detergenzien löslich und aktiv gehalten, also mit oberflächenaktiven Verbindungen, die Membranproteine und -lipide solubilisieren. Allerdings werden viele Proteine durch Detergenzien deaktiviert, d.h. sie verlieren ihre native Struktur und Funktion. Darin begründen sich aktuelle Anstrengungen, konventionelle Detergenzien durch mildere Alternativen zu ersetzen, unter denen fluorierte Tenside besonders vielversprechend erscheinen. Aufgrund der schwachen Affinität fluorierter Gruppen für Kohlenwasserstoffe und des größeren Volumens von Fluorkohlenstoffketten konkurrieren fluorierte Tenside kaum mit Protein-Protein- und Protein-Lipid/Kofaktor-Wechselwirkungen und wirken deshalb weniger destabilisierend. In der Tat wurde gezeigt, dass mehrere Membranproteine stabiler sind, wenn sie in fluorierten Tensiden anstelle hydrierter Detergenzien solubilisiert sind.Leider sind fluorierte Tenside nicht fähig, Membranen zu solubilisieren und Proteine direkt zu extrahieren. Daher bleiben konventionelle Detergenzien für die Proteinsolubilisierung erforderlich, während fluorierte Tenside erst in einem späteren Stadium des Reinigungsprozesses zum Einsatz kommen, wenn labile Proteine bereits irreversiblen Schaden genommen haben können. Kürzlich haben wir jedoch gezeigt, dass Fluorierung Detergensaktivität nicht ausschließt, da ein fluoriertes Octylmaltosid-Derivat milde Detergensaktivität beibehält. Diese Erkenntnis möchten wir nutzen, um fluorierte Detergenzien zu entwickeln, erproben und etablieren, die (i) in ausreichender Menge und Reinheit synthetisiert werden können; (ii) günstige Mizelleneigenschaften aufweisen, insb. in Form kleiner, gut definierter Mizellen, die z.B. der Röntgenkristallographie zugänglich sind; (iii) sich in Lipidmembranen verteilen, sie überwinden und solubilisieren, und zwar in einer schnellen, thermodynamisch kontrollierten Weise; (iv) Membranproteine ohne Hilfe harscherer Detergenzien direkt aus Membranen solubilisieren und (iv) diesen Proteinen eine stabilisierende Umgebung bieten, die ihre nativen Strukturen und Funktionen bewahrt. Solche fluorierte Detergenzien würden neue Möglichkeiten für in-vitro-Studien physiologisch und pharmakologisch interessanter Membranproteine eröffnen, die sich detaillierten Untersuchungen bisher entzogen.Dieses interdisziplinäre Projekt soll in einem deutsch-französischen Konsortium verwirklicht werden, das in einzigartiger Weise qualifiziert ist, alle anspruchsvollen synthetischen, physikochemischen, biophysikalischen, biochemischen und strukturbiologischen Aspekte gleichermaßen zu bewältigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Grégory Durand; Professorin Dr. Christine Ebel; Dr. Eva Pebay-Peyroula