Modellsysteme zum Verständnis des Proteinverhaltens in lebenden Zellen

• Antragsteller: Dr. Arnold Boersma
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433431617

Die intrazelluläre Umgebung beeinflusst z.B. Biomolekülaggregation, Phasentrennung, Transkription, Translation, Stoffwechselaktivität und die Struktur des Zytoplasmas aufgrund seiner hohen Verdichtung mit Biomakromolekülen (Konzentrationen zwischen 20-40% w / w) und Ionen und kleinen Molekülen (0,2-2 M) sind alle zwischen Lipiddoppelschichten eingeschlossen. Da diese Moleküle kontinuierlich in Wechselwirkung treten, sind die intrazellulären Bedingungen thermodynamisch weit vom Ideal entfernt und die Auswirkung von Verdichtung, Oberflächen und Einschluss hängt von der Konzentration, Dynamik, Größe, Form und Oberflächenchemie der verdichteten Moleküle ab, die wiederum von den Wachstumsbedingungen und abhängen Zelltyp. Um diese physikochemischen Auswirkungen auf das Verhalten eines Proteins in einer Zelle zu verstehen, müssen wir übermäßig vereinfachte künstliche Systeme und die Komplexität der lebenden Zelle miteinander verbinden. Zu diesem Zweck muss die Komplexität schrittweise von einfacheren Modellsystemen zu lebenden Zellen zunehmen. Dies erfordert exzellente Sondenproteine, die eine selektive und verständliche Anzeige der physikochemischen Parameter sowohl in lebenden Zellen als auch in künstlichen Systemen ermöglichen. Die Beobachtung des gleichen Proteinverhaltens in lebenden Zellen und künstlichen Systemen liefert dann ein besseres Verständnis. Während die makromolekulare Verdichtung der lebenden Zelle inhärent ist, erfordert die Vorhersage der Auswirkungen und Relevanz dieses ausgeschlossenen Volumens physiologisch relevante Modellsysteme.In diesem Vorschlag beschreiben wir das Verhalten von Modellproteinen in lebenden Zellen mit schrittweise komplexeren Modellsystemen.Wir werden genetisch codierte Sonden als Modellproteine mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten für die biochemische Organisation konstruieren, einschließlich eines Modellproteins, das die einfache Bestimmung der durch Verdichtungseffekte verursachten freien Energieänderung mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung ermöglicht. Wir werden Aspekte der biochemischen Organisation in Puffer mit zunehmender Komplexität nachstellen und ihre Auswirkungen auf Modellproteine analysieren. Zu diesem Zweck präsentieren wir eine Plattform, die den Vergleich von Confinement und makromolekularer Verdichtung ermöglicht, ohne die Oberflächenchemie zu verändern. Schließlich überbrücken wir in vitro und in vivo durch Rekonstitution von Zelllysaten in Kombination mit einer variierenden Menge an Pulver in künstlichen Zellen und durch Vergleich mit lebenden Zellen. Damit bestimmen wir, welche Parameter in Zelllysaten das Verhalten der Sonden bestimmen und welche Moleküle eine Überbrückung von In-vitro- und In-vivo-Verhalten ermöglichen. Gemeinsam präsentieren wir einen Nebeneinander-Vergleich von schrittweise immer komplexer werdenden In-vitro-Engpass- und Enge-Umgebungen in Bezug auf eine lebende Zelle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande