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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 von 2018 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397022504
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Entwicklung von Arzneimitteln erfordert Strukturinformationen über ihre Zielproteine mit einer Auflösung im Angström-Bereich. Dies ist eine besondere Herausforderung bei der Untersuchung kleiner Membranproteine, da diese besonders empfindlich auf die jeweiligen Probenbedingungen reagieren. Wir haben vorgeschlagen, die magic-angle spinning NMR-Spektroskopie für die Untersuchung der Struktur und strukturellen Dynamik von Membranproteinen zu entwickeln und anzuwenden, was uns auch gelungen ist: Wir haben die Struktur von drei Beta-Barrel-Proteinen bestimmt. Das erste, AlkL, ist am Transport hydrophober Moleküle beteiligt und von Interesse für das Engineering biokatalytischer Reaktionen in definierten Kompartimenten. Mittels NMR haben wir eine Kontroverse über die Strukturierung extrazellulärer Loops, die für den molekularen Transport wichtig sind, aufgeklärt. Das zweite Membranprotein, VDAC, ist beim Menschen und anderen Eukaryonten für den Transport von Metaboliten verantwortlich und wird mit wichtigen zellulären Vorgängen wie der Apoptose in Verbindung gebracht. Durch die Herstellung von Proben, in denen VDAC in den nativen Kontext von Lipiddoppelschichten eingebettet ist, konnten wir die zuvor in Detergenzlösung oder detergenzhaltigen Kristallen gefundene Struktur bestätigen. Das dritte Protein, Opa60 aus pathogenen Bakterien, hat vermutlich die Funktion, dem Bakterium die Anheftung an den Wirt zu ermöglichen. Wir wollten herausfinden, ob die Struktur des Proteins in Lipiddoppelschichten dazu beitragen könnte, die Anheftungsfunktion des Proteins zu erklären. Es gelang uns, die Struktur zu bestimmen, und wir stellten fest, dass die extrazellulären Schleifen des Proteins sehr flexibel sind, was auf einen komplexen Mechanismus für die Anheftung schließen lässt. Wir untersuchen auch Viroporine, bei denen es sich in der Regel um oligomere alpha-helikale Proteine handelt, die die Leitung von Ionen durch die Membranen beschleunigen. Wir untersuchten die Struktur des viralen Proteins M2, das ein Ziel für Arzneimittel ist und aufgrund der Häufigkeit resistenter Grippevarianten im Fokus steht. In diesem Fall haben wir besondere Protein-Protein-Wechselwirkungen aufgedeckt, die nur zu beobachten sind, wenn das Protein im nativen Kontext von Lipiddoppelschichten zusammengesetzt ist. Diese Wechselwirkung hilft, die Funktion des Proteins zu erklären, nämlich dass das Virus eine Umgebung mit niedrigem pH-Wert erkennen und eine Infektion auslösen kann. Diese Ergebnisse bilden eine Grundlage, auf der die Entwicklung verbesserter Therapien folgen soll. Wir etablieren auch die magic-angle spinning NMR als Ansatz zur Untersuchung der Struktur von Viroporinen. Wir beginnen jetzt mit der Untersuchung des Proteins E von SARS-CoV-2, das mit einem Wirtszellprotein interagiert. Wir glauben, dass diese Wechselwirkung wichtig für die Beantwortung der Frage ist, ob das Protein ein Dimer oder ein Pentamer ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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