Mechanismen der Bildung und funktionelle Eigenschaften von Lipoprotein-Discs, die durch amphiphile Maleinsäure enthaltende alternierende Copolymere stabilisiert werden

• Antragsteller: Professor Dr. Heinz-Jürgen Steinhoff
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388943162

Die Anwendung von amphiphile Maleinsäure enthaltenden alternierenden Copolymeren (MACPs), bei denen Einheiten von Maleinsäure mit (variablen) Kohlenwasserstoffeinheiten abwechseln, führte jüngst zu einem methodischen Durchbruch bei der Untersuchung von Membranproteinen. Es wurde gezeigt, dass verschiedene MACPs Membranproteine sowohl aus künstlichen als auch aus natürlichen Lipiddoppelschichten herauslösen und dabei scheibenförmige MACP-Lipid / Lipoprotein-Partikel mit einheitlichen Durchmesser im Bereich von 10-30 nm bilden. Enzyme scheinen in MACP-Partikeln funktional zu bleiben. Membranproteine, die in Gegenwart von Detergenzien instabil sind, werden daher erstmals durch den Einsatz von MACPs für Techniken zugänglich, die homogene wasserlösliche (einzelne) Partikel erfordern. Es ist jedoch unklar, wie MACPs Membranproteine in Abwesenheit von Detergenzien aus der Membran extrahieren, wie die verschiedenen Komponenten des MACP-Lipid/Lipoprotein-Partikels miteinander wechselwirken, und wie sich die eingeschränkte Lipidumgebung in diesen Partikeln auf die Konformationsdynamik der Membranproteine auswirkt. In einer Kooperation mit Prof. Konstantin Shaitan, Lomonosov Universität Moskau, beabsichtigen wir, die Eigenschaften von MACP-Partikel durch die Kombination experimenteller und theoretischer Ansätze zu untersuchen. Unterschiedliche MACP-Lipid/Lipoprotein-Partikel sollen durch Größenausschluss¬chromatographie, dynamische Lichtstreuung, Atomkraftmikroskopie, Transmissions¬elektronen¬mikroskopie und EPR-Spektroskopie untersucht werden. Ein Membranproteinkomplex bestehend aus lichtsensitivem sensorischen Rhodopsin und Transducer wird als funktioneller Detektor in MACP-Lipid-Partikel eingesetzt. Hier wird die Proteindynamik auf verschiedenen Zeitskalen mittels zeitaufgelöster optischer und ESR-Spektroskopie verfolgt und so der Einfluss verschiedener MACPs auf die lichtinduzierte Signaltransduktion innerhalb des Komplexes untersucht. Gleichzeitig wird unser Kooperationspartner in Moskau MACP-Partikel modellieren und mittels Molekulardynamik-Simulationen analysieren, um die stabilisierende Wirkung der elektrostatischen, hydrophoben und Stapelwechselwirkungen der Partikel sowie deren Einfluss auf die Lipid- und Proteindynamik zu charakterisieren. Als Ergebnis erwarten wir ein physikalisch-chemisches Bild der Bildung und Stabilisierung von MACP-umhüllten Lipid / Lipoprotein-Nanopartikel und optimierte Protokolle zur Proteinextraktion durch MACPs, die eine native Umgebung innerhalb von MACP- Lipid / Lipoprotein-Partikel sicherstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartner: Professor Dr. Konstantin V. Shaitan