Untersuchung der Struktur und Funktion des mechanosensitiven Kanalproteins MscL in seiner natürlichen Membranumgebung mittels Festkörper-NMR an selektiv Isotopen-markierten Polypeptiden (13C, 15N, 19F) und an unmarkiertem Protein (14N in natürlicher Häufigkeit)

• Applicant: Dr. Stephan L. Grage
• Subject Area: Biochemistry
• Term: from 2001 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5345807

Bei der Regulation des Innendrucks von Bakterienzellen kann der mechanosensitive Kanal MscL durch Öffnen einer Pore in der Zellmembran osmotische Druckdifferenzen ausgleichen. Die Struktur dieses Membranproteins im geschlossenen Zustand der Pore wurde kürzlich mittels Röntgenkristallographie aufgeklärt. Hier soll nun mittels Festkörper-NMR die Struktur der geöffneten Pore untersucht werden, um daraus Schlußfolgerungen über die Funktionsweise des MscL-Proteins ableiten zu können. Zunächst soll ein vereinfachtes Peptidmodell, bestehend aus der Poren-auskleidenden Transmembranhelix etabliert werden. Mittels Festkörper-NMR sollen lokale Abstände und Orientierungen am oligomeren Bündel der Polypeptide in ihrer natürlichen Membranumgebung vermessen werden. Durch Änderung der Lipideigenschaften (Membrandicke, Phasenzustand), sowie durch die Verwendung von Mutanten, sollen strukturelle Unterschiede erfaßt werden und hinsichtlich einer Öffnung des Kanals interpretiert werden. Neben selektiven Isotopenmarkierungen soll hierbei erstmalig auch 14N in natürlicher Häufigkeit für Strukturuntersuchungen eingesetzt werden, um zuletzt das gesamte Protein untersuchen zu können.The mechansosensitive channel protein MscL can compensate osmotic pressure in bacterial cells by opening a pore in the cell membrane. The structure of this membrane protein in the closed state of the pore was solved recently by x-ray crystallography. Here, the structure of the open pore is investigated by solid state NMR in order to draw conclusions about the function of the MscL protein. First goal is to establish a simplified peptide model, which consists of the pore-lining transmembrane segment. To this aim, local distances and orientations within the oligomeric peptidebundle in its natural membrane environment will be measured. The nextobjective is to characterize structural changes resultingfrom a variation of the lipid properties as well as mutations of thepeptide, and interpret these in terms of a pore opening. Besides selective isotope labelling, the use of 14N at natural abundance for structural investigations will be explored in order to investigate the whole protein.

• DFG Programme: Emmy Noether International Fellowships