Neue Polymere für Lipiddoppelschicht-Nanodiscs zur Untersuchung der molekularen Grundlagen der GPCR-Signalübertragung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Irene Coin; Professor Dr. Sandro Keller
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445989742

Membranproteine spielen in der zellulären Kommunikation und im Stoffaustausch eine zentrale Rolle und machen etwa die Hälfte aller Wirkstoffziele aus. Ihre Extraktion, Aufreinigung und in vitro-Untersuchung sind jedoch sehr anspruchsvoll. Existierende Methoden zur Isolierung von Membranproteinen hängen oft von aggressiver Chemie ab und führen zur Denaturierung der Proteine. Dies gilt insbesondere für viele pharmakologische Zielproteine, deren marginale Stabilität nach Entfernung aus ihrer nativen Membranumgebung die Suche nach Wirkstoffen stark beeinträchtigt. Unter neuen chemisch inspirierten Strategien haben aus Lipiden und Styrol/Maleinsäure-Copolymeren (SMA) zusammengesetzte Nanodiscs große Aufmerksamkeit erhalten. Diese Polymere können Membranproteine und Lipide direkt aus Membranen in nanoskalige Lipiddoppelschichten rekrutieren. Diese vielversprechende Technologie ist jedoch derzeit durch Veränderungen in der konformationellen Dynamik der eingebetteten Membranproteine und Lipide limitiert. Weitere Einschränkungen sind das Vorhandensein UV-absorbierender aromatischer Reste sowie die hohe Ladungsdichte aufgrund der Carboxylgruppen des Polymers.NanoBelt wird neue Polymere entwickeln, die gute Solubilisierungsausbeute mit geringer UV-Absorption, vernachlässigbarer Ladungsdichte und Erhalt der Funktion und konformationellen Dynamik von Proteinen kombinieren. Die Polymere werden von Partner 1 (IBMM-Universität Avignon) durch post-Funktionalisierung bestehender Polymere oder de-novo-Synthese aus funktionalisierten Monomeren hergestellt. Partner 2 (TU Kaiserslautern) bestimmt die Effizienz der neuen Polymere in der Bildung von Nanodiscs und der Extraktion von Membranproteinen, um optimale Polymere für empfindliche G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) auszuwählen. Der Ghrelin-Rezeptor (GHSR) wird von Partner 3 (IBMM-CNRS) als prototypischer Klasse-A-GPCR eingesetzt. Dazu wird der rekombinante Rezeptor zur Bestimmung seiner pharmakologischen Eigenschaften in die neuen Nanodiscs eingebaut. Partner 4 (Universität Leipzig) verwendet den Corticotropin-Releasing-Factor-Rezeptor (CRF1R) als Modell von Klasse-B-GPCRs. Mit Hilfe neuer FRET-Sensoren wird die konformationelle Dynamik dieses anspruchsvollen Wirkstoffziels in der nativen, aber kontrollierten Umgebung der neuen polymerbasierten Nanodiscs untersucht. Dank eines systematischen Validierungsansatzes, der auf den komplementären Fähigkeiten der Partner 2, 3 und 4 beruht, wird NanoBelt Struktur-Aktivitäts-Beziehungen herstellen, um ein rationales Design verbesserter Polymere durch Partner 1 zu ermöglichen.Das ultimative Ziel besteht in der Identifizierung und Etablierung neuer Polymere, die Membranproteine mit den sie umgebenden Lipiden direkt aus Zellmembranen auf milde, aber effiziente Weise extrahieren, um polymerbasierte Lipiddoppelschicht-Nanodiscs zu bilden, die die nativen Strukturen und Funktionen der extrahierten Proteine erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Jean-Louis Banères; Professor Dr. Grégory Durand