Untersuchung des Einflusses von Umgebungsfaktoren auf die Struktur katalytischer Amyloidfibrillen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Amyloidfibrillen sind filamentförmige Polypeptidaggregate, die vor allem bei Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder systemische Amyloidosen enorme wissenschaftliche Bedeutung erlangten. Während die abnormale Bildung dieser Strukturzustände im menschlichen Körper zu schwerwiegenden Gesundheitsschäden führen kann, gibt es in neuerer Zeit zunehmend Vorschläge, Amyloidstrukturen aufgrund ihrer einzigartigen strukturellen und chemischen Eigenschaften biotechnologisch nutzbar zu machen. Ziel des Projekts war es, am Beispiel von katalytischen Fibrillen die Auswirkung von Umgebungsfaktoren auf ihre Struktur und katalytische Effizienz aufzuklären. Wir kombinierten dazu strukturbiologische Techniken, insbesondere Kryo-Elektronenmikroskopie, mit mathematischen Ansätzen, um die statistische Erfassung von Fibrillenproben auf Einzelpartikelebene und ihre weitere strukturelle Untersuchung gezielt zu optimieren. Unsere Daten lieferten ein neues Modell des katalytischen Zentrums der Fibrillen und sie erklären, warum die katalytische Effizienz mit der Aggregatmorphologie zusammenhängt. Die mathematischen Datenanalysen basierten auf KI-Techniken, insbesondere neuronale Netze, und auf weiteren Methoden der digitalen Bildverarbeitung für die Vor- und Nachverarbeitung der gemessenen Bilddaten, welche dann anschließend mit multivariaten Wahrscheinlichkeitsverteilungen modelliert wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Automatic identification of crossovers in cryo‐EM images of murine amyloid protein A fibrils with machine learning. Journal of Microscopy, 277(1), 12-22.
WEBER, MATTHIAS; BÄUERLE, ALEX; SCHMIDT, MATTHIAS; NEUMANN, MATTHIAS; FÄNDRICH, MARCUS; ROPINSKI, TIMO & SCHMIDT, VOLKER
-
AA amyloid fibrils from diseased tissue are structurally different from in vitro formed SAA fibrils. Nature Communications, 12(1).
Bansal, Akanksha; Schmidt, Matthias; Rennegarbe, Matthies; Haupt, Christian; Liberta, Falk; Stecher, Sabrina; Puscalau-Girtu, Ioana; Biedermann, Alexander & Fändrich, Marcus
-
Role of mutations and post-translational modifications in systemic AL amyloidosis studied by cryo-EM. Nature Communications, 12(1).
Radamaker, Lynn; Karimi-Farsijani, Sara; Andreotti, Giada; Baur, Julian; Neumann, Matthias; Schreiner, Sarah; Berghaus, Natalie; Motika, Raoul; Haupt, Christian; Walther, Paul; Schmidt, Volker; Huhn, Stefanie; Hegenbart, Ute; Schönland, Stefan O.; Wiese, Sebastian; Read, Clarissa; Schmidt, Matthias & Fändrich, Marcus
-
Cryo-EM structure of a catalytic amyloid fibril. Scientific Reports, 13(1).
Heerde, Thomas; Bansal, Akanksha; Schmidt, Matthias & Fändrich, Marcus
-
Segmentation and morphological analysis of amyloid fibrils from cryo-EM image data. Journal of Mathematics in Industry, 13(1).
Weber, Matthias; Neumann, Matthias; Schmidt, Matthias; Pfeiffer, Peter Benedikt; Bansal, Akanksha; Fändrich, Marcus & Schmidt, Volker
