Mechano-chemische Grundlagen der (Re)modellierung und Krümmung biologischer Membranen durch kleine Transmembranproteine

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Schneider
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511987215

Eine dynamische Veränderung der Struktur biologischer Membranen und die Ausbildung stark gekrümmter Membranbereiche ist entscheidend für die Ausbildung und Dynamik einiger Organellenmembranen. Besonders zu nennen sind hier die Thylakoidmembranen und das Endoplasmatische Retikulum.Integrale Membranproteine, wie etwa Reticulons oder Mitglieder der CurT-Proteinfamilie, sind in Pro- und Eukaryoten bei der Ausbildung gekrümmter Membranbereiche involviert. Trotzdem sind die machano-chemischen Prinzipien, durch welche integrale Membranproteine letztendlich eine Membrankrümmung induzieren, bisher nur unvollständig verstanden.In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie das cyanobakterielle Protein SynCurT die Struktur und Organisation von Thylakoidmembranen moduliert, wobei SynCurT hier als Modell dient, um die generellen Prinzipien der Membrandynamik zu verstehen. SynCurT könnten durch verschiedene strukturelle Faktoren eine Membrankrümmung induzieren, wie etwa durch die V-förmige Struktur der Transmembrandomäne oder durch eine Membraninteraktion der flankierenden, amphipathischen Helices. Es ist ein Hauptziel dieses Projektes, die mechanistischen und strukturellen Grundlagen der SynCurT-induzierten Membrankrümmung zu identifizieren und zu beschreiben. Hierfür werden Protein-Protein-Wechselwirkungen und Protein-Lipid-Wechselwirkungen sowohl experimentelle als auch in silico detailliert untersucht.Zunächst werden wir untersuchen, inwieweit das SynCurT Volllängenprotein, sowie verkürzte und mutierte Proteinvarianten (noch) Membranen krümmen. Außerdem werden wir die molekularen Grundlagen der Interaktion von SynCurT-Protomeren in vitro, in vivo und (in einer Kollaboration) in silico untersuchen und beschreiben. Spezifische und unspezifische Effekte der Lipidumgebung, die die Membran(re)modellierung und –krümmung beeinflussen, werden untersucht, wobei die spezifische Lipidumgebung in Thylakoidmembranen berücksichtigt wird. Die Lipidzusammensetzung der Modellmembranen wird systematisch variiert und Protein-Lipid-Wechselwirkungen werden untersucht.Das vorgeschlagene Projekt ist entscheidend, um die Rolle kleiner transmembraner Proteine bei der Membranstrukturierung und/oder –(re)modellierung generell, und bei der Strukturbildung und Dynamik von Thylakoidmembranen im Besonderen, zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen