Konformationelle Dynamik in Peptiden und Proteinen auf der Nanosekunden bis Mikrosekunden Zeitskala

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Kiefhaber
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320671684

Proteine existieren in einem Gleichgewicht zwischen verschiedenen konformationellen Zuständen. Der Übergang zwischen diesen Zuständen ist eng mit der biologischen Funktion von Proteinen verknüpft. Hier soll die Dynamik von Peptiden und Proteinen im Zeitbereich von Nanosekunden bis Mikrosekunden untersucht werden, die für die Proteinfunktion essentiell, aber experimentell schwer zugänglich und damit nur wenig verstanden ist. Dabei werden wir konformationelle Gleichgewichte in Proteinen und Peptiden mit experimentellen biophysikalischen Methoden untersuchen und sowohl strukturell, als thermodynamisch und kinetisch charakterisieren. In den geplanten Experimenten wird Triplett-Triplett Energietransfer (TTET) an konformationelle Gleichgewichte gekoppelt, um Gleichgewichtsfluktuationen auf der Nanosekunden bis Mikrosekunden Zeitskala zeitaufgelöst zu messen. Diese Methode ist sensitiv für lokale und globale Entfaltungsreaktionen und kann verschiedene konformationelle Zustände auf Grund ihrer unterschiedlichen dynamischen Eigenschaften detektieren, selbst wenn die Zustände strukturell sehr ähnlich sind. Dabei werden sowohl kinetische als auch thermodynamische Information über die Gleichgewichte erhalten. Komplementär dazu sollen Wasserstoff/Deuterium (H/D) Austausch und Hochdruck NMR Experimenten durchgeführt werden, um die verschiedenen Zustände zusätzlich strukturell zu charakterisieren. Als Modellsysteme werden wir alpha-helikale und beta-Hairpin Peptide, sowie Varianten der Aktin bindende Domände des Villin Headpiece (HP35, HP45 und HP67) untersuchen. Parallel zu unseren experimentellen Arbeiten, werden die Modellsysteme mit Hilfe von Moleküldynamiksimulationen mit explizitem Wasser in der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Lillian Chong untersucht, um in Kombination mit den experimentellen Daten ein detailliertes strukturelles und dynamisches Bild konformationeller Fluktuationen in Peptiden und Proteinen mit atomarer Auflösung zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen