Struktur und Dynamik der GPCR-vermittelten Aktivierung von G-Proteinen mit Lösungs-NMR

• Antragsteller: Professor Dr. Franz Hagn
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411032514

G-protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind essentiell für die Weiterleitung von Signalen zwischen Zellen und sind daher die Angriffspunkte von ca. 60% aller auf dem Markt befindlichen Medikamente. Trotz einer steigenden Zahl von Kristallstrukturen ist der Mechanismus der GPCR-vermittelten Signalverarbeitung nicht ausreichend aufgeklärt, da die vorkommenden strukturellen Zustände oft nicht mittels Kristallographie erfasst werden können. In diesem Projekt sollen die strukturellen und dynamischen Änderungen in einem GPCR nach Binding an Antagonisten, Agonisten und G-Protein mittels NMR Spektroskopie untersucht werden. Dazu verwenden wir einen stabilisierten GPCR, der in E. coli produziert werden kann und daher für die Markierung mit Isotopen und nachfolgenden NMR Untersuchungen geeignet ist. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass dieser funktionale GPCR ein ausgezeichnetes Modellsystem zur NMR-basierten Untersuchung dieser essentiellen Aktivierungsprozesse in einer bisher nicht beschriebenen Qualität und Auflösung darstellt. Im zweiten Teil des Projects sollen strukturelle und dynamische Eigenschaften der G-Protein Aktivierung durch einen GPCR in einer nativen Membranumgebung charakterisiert werden. Wir werden zuerst die native Membran-Verankerung eines Isotopen-markierten G-proteins an sog. Phospholipid Nanodiscs etablieren, um daraufhin den Einfluss einer nativen Membranumgebung auf die Struktur und Dynamik, sowie den Effekt der GPCR Aktivierung auf G-Proteine charakterisieren zu können. Dazu werden wir Methoden entwickeln, einen stabilen GPCR-G-Protein Komplex in nanodiscs zu erhalten. Mit diesen Studien wollen wir eine essentielle Lücke im Verständnis der GPCR-vermittelten Signalweiterleitung füllen, da wir hier dynamische Aspekte sowie strukturelle Informationen der aktivierten und daher niedrig-populierten Zustände eines GPCRs und G-Proteins untersuchen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen