Molekulare Analyse von Lipidtransportern auf Einzelvesikelebene

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Günther-Pomorski
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 373191975

Lipidtransporter sind integrale Membranproteine, die den Transport von Lipiden über zelluläre Membranen vermitteln und dadurch zahlreiche lebenswichtige zelluläre Prozesse, wie die Vesikelbildung und Zellkommunikation, kontrollieren. Zwei Kategorien von Transportern lassen sich unterscheiden: (1) energie-unabhängige Lipidtransporter, sogenannte Scramblasen, die ohne direkten Energieverbrauch schnell und gleichmäßig die verschiedenen Lipide zwischen den beiden Hälfen einer Membran umverteilen, und (2) ATP-abhängige Transportproteine, die spezifische Lipide auf einer Seite der Membran anreichern. Es wird vermutet, dass die Aktivität der verschiedenen Lipidtransporter durch die Lipidzusammensetzung der jeweiligen Membran reguliert wird, und dass der aktive Transport von Lipiden direkt zur Membrankrümmung und Vesikelbildung beiträgt. Ein direkter experimenteller Nachweis fehlt jedoch bisher. Das liegt zum einen daran, dass der Umgang mit integralen Membranproteinen, begonnen bei deren Produktion und Aufreinigung bis hin zu deren Charakterisierung unter Berücksichtigung assoziierter Membranlipide, eine besondere Herausforderung darstellt. Zu anderen werden hochsensitive Analysemethoden benötigt, um Membranproteine auf der molekularen Ebene zu studieren. Unsere Herangehensweise berücksichtigt beide Seiten des Problems durch Etablierung eines definierten Rekonstitutionssystems, basierend auf sogenannten Riesenvesikeln (Giant Unilamellar Vesicles), und Anwendung hochleistungsfähiger Mikroskopie, um eine molekulare Analyse von Lipidtransportern auf verschiedenen Komplexitätsstufen (in einfachen bis hin zum komplexen zellartigen Lipidmischungen) zu ermöglichen. Die Rekonstitution von aufgereinigten Transportern in Riesenvesikeln erlaubt uns, deren Aktivität in einer definierten Lipidumgebung mit zeitaufgelöster Fluoreszenzmikroskopie zu studieren. Diese Studien auf der Ebene einzelner Vesikel werden es erlauben, (1) den Einfluss der Lipidzusammensetzung auf die Aktivität von Lipidtransportern und (2) die Rolle der ATP-abhängigen Lipidtranslokation für Membrankrümmung und Vesikelbildung aufzuklären. Alles in allem sollte die Kombination von Membranproteinchemie und bildgebenden Verfahren wichtige neue Einblicke in die molekularen Charakteristika, die Regulierung und die Mechanismen von Lipidtransporter geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen