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Projekt
Funktionelle Spezialisierung transportierender und nicht-transportierender SLC26-Proteine
Antragsteller
Professor Dr. Jan-Philipp Machtens; Professor Dr. Dominik Oliver
Fachliche Zuordnung
Anatomie und Physiologie
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426950122
Die funktionell vielfältige SLC26-Transporterfamilie besteht bei Säugetieren aus zehn Proteinen und umfasst sekundär-aktive Anionenaustauscher, passive, kanal-artige Transporter, und das spannungsgesteuerte Motorprotein Prestin. Ebenso unterscheiden sich SLC26-Transporter in ihrem Substratspektrum, welches Chlorid, Bicarbonat, Iodid, Sulfat und Oxalat umfasst. SLC26-Transporter sind an einer Vielzahl physiologischer Prozesse beteiligt und ihre Funktionsstörungen sind mit schweren Erkrankungen des Menschen verbunden. Daher versprechen SLC26-Transporter ein hohes Potenzial als Ziele für neuartige Therapieansätze. Obwohl zuletzt experimentelle atomare Strukturen mehrerer SLC26-Isoformen unser Verständnis dieser Proteinfamilie erheblich erweitert hat und ein kohärentes Bild vieler struktureller Gemeinsamkeiten liefert, liefern diese strukturellen Erkenntnisse alleine noch nicht unmittelbar ein kausales Verständnis der unterschiedlichen Funktionsweisen dieser Transporter-Familie. Daher bleiben die strukturellen Mechanismen der SLC26-Transporter – einschließlich der molekularen Grundlagen der Vielfalt der Transportmechanismen und Substratselektivitäten – bisher überwiegend unklar. Zusammen mit der Verfügbarkeit experimenteller Strukturen bieten die jüngsten Fortschritte in der deep-learning-basierten Proteinstrukturvorhersage nun einen hervorragenden Ausgangspunkt für die Untersuchung der Struktur-Dynamik-Funktions-Beziehungen dieser Transporter-Familie. Wir wollen moderne Computational Biology-Verfahren, darunter Molekulardynamik-Simulationen (MD) und Markov-State-Modellierung von SLC26-Transportern verwenden, um ausgewählte SLC26-Transporter mit unterschiedlichen Transport-Eigenschaften zu untersuchen. Wir werden die molekularen Mechanismen analysieren, die den verschiedenen Transport- und Kopplungsmodi zugrunde liegen (z.B. Anionen-Austausch vs. ungekoppelter Ionentransport), die einzigartige elektromechanische Spezialisierung von SLC26A5 (Prestin), sowie die Relevanz der Kooperativität zwischen Untereinheiten in SLC26 Dimere. Basierend auf den so gewonnenen Erkenntnissen werden wir dieselben SLC26-Isoformen experimentell durch elektrophysiologische und fluorometrische Transportmessungen, gerichtete Mutagenese und spektroskopische Analyse der konformationellen Dynamiken untersuchen, um validierte mechanistische Erkenntnisse zu erhalten. Wir erwarten, aus dieser Kombination experimenteller und in-silico-Analysen ein umfassendes Verständnis wesentlicher Transportfunktionen bei atomarer Auflösung zu schaffen, und damit die Grundlage für zukünftige rationale strukturbasierte Wirkstoffentwicklung für SLC26-Transporter.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
