500 MHz-NMR-Spektrometer
Final Report Abstract
Die neue 500 MHz-Konsole wurde von den Gruppen am Bayerischen NMR-Zentrum (BNMRZ) und Kooperationspartnern genutzt, um zum einen NMR Methoden weiterzuentwickeln, und zum anderen die Struktur und Dynamik von biologischen Makromolekülen zu untersuchen. Einige der am Antrag beteiligten Gruppen (Burkhard Luy, Peter Spiteller) haben neue Positionen angetreten. Dafür haben neue Gruppen am BNMRZ (PD Sonja Dames; Prof. Bernd Reif seit 2010) das 500 MHz Spektrometer mitgenutzt. Die AG Sattler konnte die Struktur, Dynamik und molekularen Wechselwirkungen von Spleißregulatoren and anderen Proteinkomplexen aufklären. Insbesondere konnten mit der verbesserten Empfindlichkeit der 500 MHz AVIII-Konsole mit Kryokopf exzellente NMR-Daten aufgenommen werden, die wesentlich zu zahlreichen Publikationen beigetragen haben, wie der Strukturaufklärung der Erkennung von Dimethyl-Arginin durch die SMN Tudordomäne. Es wurde konformationelles Gleichgewicht zwischen einer offenen und einer geschlossenen Konformation des essentiellen Spleissfaktors U2AF65 entdeckt und die zu Grunde liegenden Strukturen und deren Dynamik mittels NMR analysiert. Hierfür waren zahlreiche NMR- detektierte Titrationen mit RNA-Liganden, 15N-Relaxationmessungen und PRE- Messungen erforderlich. Auch für die Untersuchung von Komplexen der Mediatorkomponente Med25 und von Kernexportkomplexen erlaubte es das hervorragende Signal-zu-Rauschen des neuen Kryoprobenkopfes, NMR-Daten auch bei 500 MHz aufzunehmen. Die AGs Kessler und Gemmecker haben in Zusammenarbeit mit der AG Buchner die Konformation und Wechselwirkungen von Hsp90 untersucht und und molekulare Prinzipien der Spinnenseide entschlüsselt. Mit der Gruppe von J. Buchner wurde die Faltung und Assemblierung von Antikörpern untersucht. Die AG Glaser hat neue Strategien für Radiofrequenzpulsen mit sogenannter universeller Rotation entwickelt und u.a. für die Breitband heteronukleare Entkopplung demonstrtiert. Durch die Möglichkeit der neuen Konsole, komplexe Multipuls-Sequenzen mit schnellen Schaltzeiten im sub-Mikrosekunden- Bereich von Pulsphasen und Pulsamplituden zu realisieren, konnten neue, bisher nicht realisierbarer Experimente durchgeführt werden. Die AG Bernd Reif ist seit 2010 an der TUM und befasst sich mit der NMR-spektroskopischen Charakterisierung der Fehlfaltung von amyloidogenen Peptiden und Proteinen sowie der Strukturaufklärung an Membranproteinen. Für Untersuchungen der Fehlfaltung von Peptiden werden u.a. Lösungs-NMR-Experimente bei 500 MHz eingesetzt. Die AG Luy hat bis Mitte 2010 Strukturen schwierig zu ermittelnder Naturstoffe und Syntheseprodukte mit Hilfe des 500 MHz-Spektrometers aufgeklärt. Die neue Konsole in Verbindung mit dem Kryoprobenkopf hat hier zu Experimenten mit deutlich gesteigerten S/N geführt, was die Auswertung der entsprechenden Spektren stark vereinfacht und die Genauigkeit der Strukturmodelle deutlich erhöht hat. Zudem wurden mehrere neue Breitbandpulse und Pulssequenzen mit Hilfe von Optimal Control implementiert und getestet. Dies wäre ohne die moderne Avance III Konsolen mit SGU-2 Pulsshape-Einheiten nicht möglich gewesen. Die AG Dames (seit 2010) hat die Struktur und Dynamik von Domänen des mTor-Proteins und seiner molekularen Wechselwirkungen untersucht.
Publications
- Design and Application of Robust RF Pulses for Toroid Cavity NMR Spectroscopy. (2011) J. Magn. Reson. 209, 282-290
T. E. Skinner, M. Braun, K. Woelk, N. I. Gershenzon, S. J. Glaser
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmr.2011.01.026) - Multi-domain conformational selection underlies premRNA splicing regulation by U2AF. (2011) Nature 475, 408-11
Mackereth CD, Madl T, Bonnal S, Simon B, Zanier K, Gasch A, Rybin V, Valcarcel J, and Sattler M
(See online at https://doi.org/10.1038/nature10171) - pH Dependent Dimerisation and Salt Dependent Stabilisation of the N-terminal Domain of Spider Dragline Silk - Implications for Fibre Formation. (2011) Angew. Chem. Int. Ed. 50, 310-313
F. Hagn, C. Thamm, T. Scheibel, H. Kessler
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201003795) - Residual Dipolar Couplings as a Powerful Tool for Constitutional Analysis: The Unexpected Formation of Tricyclic Compounds. (2011) Angew. Chem. Int. Ed. 50, 2643-2645
G. Kummerlöwe, B. Crone, M. Kretschmer, S. F. Kirsch, B. Luy
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201007305) - Structural Analysis of Large Protein Complexes Using Solvent Paramagnetic Relaxation Enhancements. (2011) Angew Chem Int Ed 50, 3993-7
Madl T, Güttler T, Görlich D, and Sattler M
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201007168) - Structural analysis of the interaction of the heat shock protein 90 with the tumor suppressor protein p53. (2011) Nat Struct Mol Biol, 10, 1086-2114.
F. Hagn, S. Lagleder, M. Retzlaff , J. Rohrberg, O. Demmer, K. Richter, J. Buchner, H. Kessler
(See online at https://doi.org/10.1038/nsmb.2114) - Structural basis for dimethylarginine recognition by the Tudor domains of human SMN and SPF30 proteins. (2011) Nat Struct Mol Biol 18 (12), 1414-20
Tripsianes K, Madl T, Machyna M, Fessas D, Englbrecht C, Fischer U, Neugebauer KM, Sattler M
(See online at https://doi.org/10.1038/nsmb.2185) - Small-molecule conversion of toxic oligomers to nontoxic β-sheet-rich amyloid fibrils (2012) Nature Chem. Biol. 8 93-101
Bieschke, J., Herbst, M., Wiglenda, T., Friedrich, R., Boeddrich, A., Schiele, F., Kleckers, D., Lopez del Amo, J.M., Gruening, B., Wang, Q., Schmidt, M., Lurz, R., Anwyl, R., Schnoegl, S., Fändrich, M., Frank, R., Reif, B., Guenther, S., Walsh, D., Wanker, E.E.
(See online at https://doi.org/10.1038/nchembio.719) - Substrate transport activation is mediated through the second periplasmic loop P2 of MalF in the maltose transport complex of Escherichia coli (2012) J. Biol. Chem. 287, 17040-17049
Jacso, T., Schneider, E., Rupp, B., Reif, B.
(See online at https://doi.org/10.1074/jbc.M112.340679) - The FKBP-rapamycin binding domain of human TOR undergoes strong conformational changes in the presence of membrane-mimetics with and without the regulator phosphatidic acid (2012) Biochemistry 51 (24), 4909-4921
D. C. Rodriguez Camargo, N. M. Link, S. A. Dames
(See online at https://doi.org/10.1021/bi3002133)
