NMR mit ultra-schnellem Magisch-Winkel-Spinnen (MAS) für die Untersuchung von beta-Barrel (Fass) und alpha-helikalen Membranproteinen

• Antragsteller: Dr. Loren Andreas
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Analytische Chemie ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397022504

Das Hauptziel der Forschungsgruppe ist die Weiterentwicklung des Protonen-detektierten MAS bei höchsten verfügbaren Magnetfeldern und Spinfrequenzen. Die unter diesen Bedingungen erreichbaren Verbesserungen der Empfindlichkeit und Auflösung werdengenutzt, um die Struktur und Dynamik von Komplexen mit einer charakteristischen Größe unter etwa 50 kDa mit einer erwarteten Größe der Komponenten von 10 bis 30 kD zu bestimmen. Diese Komplexe sind mehrere Membranproteine, die im Antrag detailliert vorgestellt werden. Wir werden Protonen als empfindliche Reporter der Struktur zusammen mit Isotopenmarkierungsstrategien verwenden, um Bereiche und Gruppen von besonderem Interesse in jedem System zu untersuchen. Diese Bereiche sind je nach System verantwortlich für Ionenleitung, klein-Molekülinteraktion oder Protein-Protein-Wechselwirkungen. Für die Studie wurden drei Systeme ausgewählt: das Beta-Fass Opa60, der alpha-helicale E protein, und das alpha-helicale Membranprotein M2. Die Auswahl mehrerer Proteine steigert die Chance einer erfolgreichen Strukturbestimmung, falls eines der Teilprojekte Schwierigkeiten bereitet. Wir schlagen vor spektroskopische Technik NMR, zu verwenden, um die molekulare Struktur von alpha-helicalen und beta-Barrel-Membranproteinen an oder nahe physiologischen Bedingungen zu bestimmen. Magic-angle spinning (MAS) ist eine leistungsstarke Methode zur Verbesserung der Auflösung in der NMR für Proben, die nicht isotrop rotatorisch diffundieren wie z.B.Membran-Proteine in Lipiden. Von allen magnetisch aktiven Kernen werden Protonen am empfindlichsten detektiert was in der Lösungs-NMR standardmäßig ausgenutzt wird. Aufgrund von technischen Einschränkungen war MAS für Protonen nicht hinreichend effizient, um die Linien hinreichend schmal zu machen. Diese Begrenzung wird nun mit der Einführung einer neuen Probenkopfgeneration bei hohem Magnetfeld beseitigt. Die Kombination von schnellem MAS, hohem Magnetfeld und optimierter Probenvorbereitungerlaubt seit kurzem die Zuordnung und Strukturbestimmung von Proteinen mit Protonendetektion.Allerdings müssen die Techniken zur Rückkopplung und Entkopplung neu optimiert werden, da viele der Standard-Pulsprogramme im neuen Regime von schnellstem MAS und höchstem Magnetfeld nichtfunktionieren, während neue Möglichkeiten z.B. durch hohe Radiofrequenzleistung bei kleinen Spulen möglich sind. Der Antrag besteht daher aus der Methodenentwicklung und Anwendung auf spezifische Membranproteine von biologischem Interesse, deren Strukturbestimmung dann auch die Möglichkeiten der Methoden beweist.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen