Untersuchung allosterischer Mechanismen durch zeitaufgelöste serielle Synchrotronkristallographie

• Antragsteller: Pedram Mehrabi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451079909

Im Laufe dieses Stipendiums möchte ich neue Methoden zur dreidimensionalen Strukturbestimmung von Proteinen, insbesondere im Hinblick auf zeitaufgelöste Röntgenkristallographie, entwickeln. Eine dieser Methoden ist die Verwendung von Hochdruckschallwellen, deren Frequenz weit über der menschlichen Hörschwelle liegt. Diese Hochdruckschallwellen lassen die sensitiven Proteinkristalle im Röntgenstrahl schweben und ermöglichen so einen völlig kontaktlosen Probentransfer. Das übergeordnete Ziel dieser Entwicklung ist, die Datenerfassung für zeitaufgelöste Messungen so zu vereinfachen, dass diese auch für nicht spezialisierte Gruppen zugänglich ist. Darüber hinaus werde ich mit den bereits von mir mit-entwickelten Methoden für zeitaufgelöste Röntgenkristallographie, regulatorische Allosteriemechanismen untersuchen. Bei allosterischen Mechanismen kommunizieren verschiedene Bereiche eines Enzyms miteinander, sowohl über das Enzym selbst als auch über ein komplexes Netzwerk von Wassermolekülen. Hierzu werde ich auf das bereits als Modellsystem etablierte Enzym Fluoracetat-Dehalogenase zurückgreifen, dass eine der stärksten in der Chemie bekannten molekularen Bindungen aufbrechen kann. Dies wird Einblicke in die grundlegende Natur der Funktionsweise und Selbstregulierung einfacher molekularer Maschinen wie Enzyme ermöglichen. Weiter plane ich erste zeitaufgelöste Messungen an der Hepatitis-C-Virus-Protease NS3 durchzuführen. Die NS3 Protease stellt nicht nur ein wichtiges Proteinsystem zum Verständnis von Allosterie dar, sondern ist auch von medizinischer Bedeutung. Wenn der detaillierte Mechanismus dieses Proteins beschrieben werden kann, ermöglicht dies Medikamente mit höherer Spezifität zu entwickeln, mit dem Vorteil eine weitere Resistenzbildung zu verhindern. Mein langfristiges Forschungsziel ist es, die Grenzen der aktuellen Methoden und Technologien für zeitaufgelöste Kristallographie zu erweitern um so die dynamischen Eigenschaften von Proteinen über weite Zeitskalen aufzudecken. Dies sollte sowohl das grundlegende Verständnis der Funktion von Enzymen verbessern als auch große Auswirkungen auf die Forschungsbereiche der Medizin und Wirkstoffforschung haben.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen