Entwurf von Proteinkomplexen mit nicht‑trivialer Topologie zur kontrollierbaren Dissoziation

• Antragstellerin: Dr. Joanna Macnar
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575199891

Protein-Nanokäfige haben sich als vielversprechende Vehikel für die Wirkstoffabgabe und biotechnologische Anwendungen erwiesen. Während computergestütztes Proteindesign - mit dem für Chemie 2024 gewürdigt - erstaunlich stabile Assemblierungen hervorbringt, sind die Methoden zur gezielten Steuerung von Assemblierunges- und Disassemblierungsdynamiken weiterhin eingeschränkt. Hier schlagen wir vor, nicht-triviale topologische Architekturen, insbesondere Brunnsche Verkettungen, zu nutzen, um Protein-Nanokäfige mit einzigartiger "Alles-oder-Nichts"-Stabilität zu konstruieren, bei der die Störung einer einzigen Komponente eine vollständige Disassemblierung auslöst. Ich werde modernste computergestützte Designmethoden mit biophysikalischer In-vitro-Charakterisierung integrieren, um proteinbasierte Borromäische Ringe mit programmierbaren Disassemblierungseigenschaften zu schaffen. Konkret werde ich diese Herausforderung in drei Arbeitspaketen angehen: (AP1) Design strukturell anisotroper Proteinringe, die die geometrischen Beschränkungen Brunnscher Verkettungen überwinden; (AP2) Konstruktion borromäischer-dreiring Assemblierungen durch symmetriegeführtes Design; und (AP3) Nachweis kontrollierter Cargo-Freisetzung durch Einbau stimulusresponsiver Elemente in einen Ring, die eine vollständige Käfig-Disassemblierung auslösen. Bei erfolgreichem Verlauf wird unser Ansatz ein neues Paradigma im Protein-Engineering etablieren und das rationale Design responsiver Biomaterialien mit beispielloser Kontrolle über Assemblierungsdynamiken ermöglichen. Diese Arbeit wird das Verständnis topologischer Proteinassemblierungen vertiefen. Gleichzeitig entsteht damit eine neue Generation von Materialien für präzise Wirkstofffreisetzung, programmierbare Biosensorik und biotechnologische Anwendungen, die eine räumlich-zeitliche Kontrolle erfordern.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle