Ein NMR-basierter Ansatz für die Untersuchung von funktionalen GPCRs erhalten über directed evolution

• Antragsteller: Professor Dr. Franz Hagn
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466160427

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 Kristall- und EM Strukturen ist der Mechanismus der GPCR-vermittelten Signalverarbeitung nicht ausreichend untersucht, da die Aktivierungs- und Schalteigenschaften durch statische Strukturen alleine nicht erklärt werden können. In diesem Projekt sollen die strukturellen und dynamischen Änderungen in einem GPCR nach Binding an Antagonisten, Agonisten und G-Proteine mittels Lösung-NMR Spektroskopie untersucht werden. Für Lösungs-NMR Untersuchungen in hoher Qualität und Auflösung ist eine vielseitige Markierung mit Isotopen, v.a. Deuterierung und selektive Markierung von Methylgruppen, absolut essentiell. Bakterielle Expressionsysteme (v.a. E. coli) sind für diese speziellen Anforderungen am besten geeignet. Bis vor kurzem konnten jedoch GPCRs nur sehr schlecht in E. coli produziert werden. Diese Situation hat sich mit der Anwendung von „directed evolution“ Methoden an GPCRs grundlegend geändert, wodurch nun auch hochaufgelöste NMR Untersuchungen an dieser essentiellen Membranproteinklasse möglich werden. In dem hier beantragten Projekt soll am Beispiel des gut charakterisierten Neurotensin Rezeptors Subtyp-1 (NTR1) eine Strategie entwickelt werden, stabilisierte GPCRs mittels Lösungs-NMR zu charakterisieren, sowie die oft stark beeinflusste Funktionalität dieser mutierten GPCRs mit einem rationalen, NMR-basierten Ansatz wiederherzustellen. Vorarbeiten dazu sind vielversprechend, so dass hier relevante NMR Untersuchungen zum Aktivierungsmechanismus von NTR1 nach Bindung an Liganden und ein G-Protein mit einer funktionalen und stabilisierten Rezeptor Variante in Lösung zu erwarten sind. Mit diesen Experimenten soll zu einem besseren Verständnis des allosterischen Schaltens von GPCRs beigetragen, sowie neue Ansätze zur Untersuchung von GPCRs mittels Lösungs-NMR etabliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen