Allosterische Regulation des Lac Repressors

• Applicant: Dr. Manuel Gnida
• Subject Area: Biophysics
• Term: Funded in 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5444273

Das Ensemble von Biomolekülen, aus denen eine Zelle aufgebaut ist, wird im wesentlichen durch deren Gene bestimmt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird nur ein Teil dieser Gene exprimiert. Genexpression wird größtenteils durch Proteine reguliert, die die Transkription des genetischen Codes in mRNA unterdrücken bzw. stimulieren. Ein Lehrbuchbeispiel für Genregulation wird durch die negative Kontrolle der Gene des Lactose-Metabolismus in Escherichia coli durch das Lac Repressor Protein repräsentiert. Das Protein bindet mit seiner"headpiece"-Domäne an spezifischen Stellen der DNA und unterdrückt dadurch die Transkription der lac Gene. Durch Bindung des Induktormoleküls Isopropylthiogalaktosid (IPTG), einem effektiven Analogon des natürlichen Induktors Allolaktose, an der "core"-Domäne wird der Repressor-DNA-Komplex destabilisiert, er dissoziiert und Transkription der lac Gene kann erfolgen. Die Mechanismen des langreichweitigen Signaltransfers von der "core"- zur "headpiece"-Domäne nach Induktion, die zur Destabilisierung des Protein-DNA-Komplexes führen, sind gegenwärtig nur unzureichend verstanden. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR) gestattet momentan vermutlich als einzige Methode die direkte Untersuchung des IPTG-induzierten Informationstransfers in diesem System. Die Studie umfasst die Untersuchung von Struktur und Dynamik einer dimeren Lac Repressor Mutante (Aminosäurereste 1-328) in den Komplexen mit DNA und IPTG. Die NMR-Studien werden durch thermodynamische und kinetische Untersuchungen der verschiedenen Komplexe ergänzt. Molekulardynamik-Simulationen werden abschließend dazu verwendet, um ein tieferes Verständnis des Lac Repressor Systems im speziellen sowie auf den Gebieten der Genregulation, molekularen Erkennung und allosterischen Regulation im allgemeinen zu erlangen.

• DFG Programme: Research Fellowships
• International Connection: Netherlands
• Cooperation Partner: Professor Dr. Rolf Boelens