Chemically modified proteins, protein complexes and protein aggregates - studies on cell interactions and transport (B14*)

• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5485504

Im Teilprojekt möchten wir durch die gezielte Veränderung der Oberfläche von Proteinen als formstabile Nanoträger sowie durch Erzeugung definierter Proteinaggregate und - komplexe zu einem besseren Verständnis von komplexen zellulären Vorgängen beitragen. Proteine bilden hierbei formtreue makromolekulare Bausteine (Kugeln), deren Selbstorganisation zu diskreten, supramolekularen Strukturen verfolgt werden soll. Positiv geladene Kernproteine, sog. Histone, und DNA bilden das Nukleosom, das als definierter supramolekularer Komplex im Zellkern vorliegt. Eine Veränderung der Ladungsdichte der beteiligten Polyelektrolyte führt zu morphologischen Veränderungen des Nukleosoms, die letztendlich bewirken, dass bestimmte Genabschnitte weniger fest gebunden sind und somit abgelesen und in Proteinsequenzen übersetzt werden können.Durch chemische Kodierung der inter- und intramolekularen Wechselwirkungen (Variation der Ladungsdichte, Polarität) soll in diesem Teilprojekt eine kontrollierte Überstrukturbildung zu definierten Proteinkomplexen und Proteinaggregaten erzielt werden, welche dann hinsichtlich ihrer biologischen Funktion (Vesikelbildung, Endozytose und gerichteter intrazellulärer Transport, Rolle von definierten Protein-Polyelektrolytkomplexen und Proteinoligomeren für die Gentransfektion und Modulation basaler Zellfunktionen) an verschiedenen biologischen in vitro Modellen untersucht werden. Dabei kommen methodisch u.a. die isotherme Titrationskalorimetrie (ITC) und konfokales Life Cell Imaging zum Einsatz. Wir konnten bereits zeigen, dass kationische im Gegensatz zu nativen Albuminen, erfolgreich biologische Barrieren passieren und dass dieser Transport in Abhängigkeit von der Ladungsdichte auf der Proteinoberfläche erfolgt. Ferner wurde nachgewiesen, dass die Nettoladung die Zellaufnahme, die Zelltoxizität sowie den Aufenthaltsort von Polyelektrolyten in der Zelle wesentlich beeinflusst. Weiterhin konnte in ersten Experimenten demonstriert werden, dass die Morphologie von Polyelektrolytkomplexen komplexe biologische Vorgänge wie die Gentransfektion signifikant beeinflusst.Das Teilprojekt bietet den SFB-Mitgliedern neuartige, funktionalisierte Proteine als formstabile Nanoträger, die isotherme Titrationskalorimetrie für die Aufklärung supramolekularer Komplexe sowie biologische in vitro Modellsysteme und molekularbiologische Techniken für (sub)zelluläre Struktur-Funktionsanalysen an.

• DFG Programme: Collaborative Research Centres
• Subproject of: SFB 625: From Single Molecules to Nanoscopically Structured Materials
• Major Instrumentation: Fluoreszenzmikroskop mit Inkubationskammer
• Instrumentation Group: 5000 Labormikroskope
• Applicant Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
• Co-Applicant Institution: Max-Planck-Institut für Polymerforschung
• Project Heads: Dr. Christoph R.W. Kuhlmann; Professor Dr. Heiko J. Luhmann; Professorin Dr. Tanja Weil, until 4/2011