Untersuchung der molekularen Dynamik von transmembranen Substrathelices mittels NMR-Spektroskopie in Lösung und im Festkörper

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Daniel Huster; Privatdozentin Dr. Claudia Muhle-Goll
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263531414

In diesem Projekt untersuchen wir die strukturellen und dynamischen Voraussetzungen von ausgewählten Intramembranprotease-Substraten mittels Flüssigkeits- und Festkör-per-NMR Spektroskopie. Diese stellen zur Zeit die einzigen Techniken dar, mit denen die Dynamik von Biomolekülen in atomarer Auflösung studiert werden kann. In Ziel 1 werden wir zunächst zwei Modell-Transmembranhelices in Membran-ähnlichen Umgebungen untersuchen: APP, ein gut charakterisiertes gamma-Sekretase-Substrat, und PINK1 als Substrat der Rhomboid-Protease PARL. Spezielles Augenmerk wird hierbei auf die konformationelle Variabilität der TM-Domänen und die damit verbundenen dynamischen Vorgänge gelegt. Insbesondere Abweichungen von der kanonischen Helix-Struktur stehen im Fokus, wobei auch nach niedrig populierten Konformationen (sog. hidden states) gesucht werden soll, die im Austausch mit der Hauptkonformation stehen. Als dynamische Parameter der TM Domänen sollen Austauschraten und Bewegungsamplituden von einzelnen Bindungsvektoren bzw. positionsspezifisch ermittelt werden. Wie die Einführung von ausgewählten Mutationen, die inert gegenüber Proteolyse sind, die Dynamik und lokale Struktur des Substrats ändern, wird in Ziel 2 gemessen werden. Die Ergebnisse aus diesen Experimenten werden anschließend mit den Resultaten der Moleküldynamik-Simulationen aus P7 verglichen. In Ziel 3 werden wir untersuchen, in wieweit die Substrateigenschaften mit spezifischen Membranumgebungen korrelieren. Wir erhoffen auf der Basis unserer Resultate entscheiden zu können, ob die Dynamik der TM Domänen ein relevanter Faktor für Substraterkennung und/oder Proteolyse sein kann. Abhängig vom Fortschritt in den Zielen 1-3 sollen Protokolle und Experimente im Anschluss auf neuartige in P1/P2/P3 identifizierte Substrate angewandt werden, um die allgemeine Gültigkeit dieser Studien zu beurteilen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2290: Intramembrane Proteolyse Verstehen