Aufklärung des Faltungsmechanismus eines Multidomänenproteins durch Anwendung von quench-flow Wasserstoffaustausch in Kombination mit mehrdimensionaler NMR-Spektroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Kovermann
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501283364

Die Aufklärung des Faltungsmechanismus eines Proteins stellt ein elementares Ziel der Strukturbiologie dar. Dabei ist festzuhalten, dass die überwiegende Mehrheit der bis dato durchgeführten Studien an Eindomänenproteinen erfolgt ist. Demgegenüber ist bekannt, dass etwa 65 % der Proteine in Eukaryoten und etwa 80 % der Proteine in Prokaryoten Mehrdomänenproteine sind. Damit existiert ein hohes Interesse, das Faltungsverhalten dieser komplexeren Moleküle in räumlicher und zeitlicher Auflösung zu bestimmen. Die beabsichtigten Arbeiten des vorliegenden Antrags haben sich zum Ziel gesetzt, den Faltungsmechanismus des Dreidomänenenzyms Adenylatkinase (AdK) auf einer Zeitskala von Millisekunden bis Sekunden in atomarer Auflösung aufzuklären. Dafür wird eine Kombination von quench-flow Wasserstoffaustauschexperimenten mit mehrdimensionaler hochauflösender NMR-Spektroskopie angewendet werden. Das Enzym AdK sorgt in seiner nativen Struktur für das Aufrechterhalten der zellulären Konzentration an Adenylatnukleotiden und stellt damit ein ideales System dar, um den definierten Zusammenhang zwischen Faltung und Funktion einer biomolekularen Maschine zu studieren. In diesem Zusammenhang ist zu betonen, dass die beabsichtigten Arbeiten die natürlichen Liganden wie auch einen Inhibitor der enzymatischen Aktivität von AdK beinhalten. In dieser Weise zielt das hier beantragte Projekt auf neue Erkenntnisse bezüglich der folgenden Fragstellungen ab: Verläuft der Faltungsprozess von AdK in domänenabhängiger Form? Welche Lebensdauer besitzen mögliche Faltungsintermediate? Welchen Grad an nativer Struktur eines Enzyms ist notwendig, um funktionell zu sein? Welchen definierten Einfluss hat das Ausbilden der Sekundär- sowie der Tertiärstruktur eines Enzyms auf seine Funktionalität? Es kann davon ausgegangen werden, dass die präzise Kenntnis des Faltungsmechanismus von AdK, der unter hoher zeitlicher wie auch örtlicher Auflösung erlangt worden ist, eine hervorragende Basis für ein besseres Verständnis von Faltung und Funktion von Mehrdomänenproteinen darstellen wird. Darüber hinaus sind Anwendungen dieser neuen Erkenntnisse beispielsweise für das Design von Proteinen zu erwarten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen