Untersuchung der Dynamik und Struktur von Zuckerglas und ihrer Wechselwirkung mit Proteinen und Arzneistoffen

• Applicant: Professor Dr. Detlef Reichert
• Subject Area: Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry ; Biophysics
• Term: from 2007 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 48062951

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Zusammenfassend sollen hier vor allem die Ergebnisse der PFG-Experimente dargestellt werden. Mit diesen Experimenten wurden die hydrodynamischen Radien von Lysozym in Pufferlösung sowie im ternären System Protein-Kohlenhydrat-Wasser in Abhängigkeit der Konzentrationen von Protein und Zucker sowie des pH-Wertes untersucht. Als Kohlenhydrate wurde die im Fokus der Untersuchungen stehende Trehalose sowie als Vergleich Saccharose gewählt. Die hauptsächlichen Ergebnisse der Untersuchungen sind: 1. Es gibt keine Indikationen für eine direkte Bindung der Kohlenhydrate an die Proteine. 2. Die Messmethode kann Proteinaggregation feststellen (z.B. bei hohen Proteinkonzentrationen und großen pH-Werten). Die folgenden Experimente wurden so angelegt, dass dies vermieden wurde. 3. Die hydrodynamischen Radien der Proteine RhProt steigen bei Zusatz von Kohlenhydratmolekülen, was der Bildung eine „Kohlenhydratschale“ um die Hydratationsschicht der Proteins entspricht. 4. Trehalose und Saccharose unterscheiden sich nicht in der Dicke dieser Schicht, die ungefähr ein Kohlenhydratmolekül beträgt. 5. Trehalose und Saccharose unterscheiden sich aber sehr wohl in den Konzentrationen, bei denen die Bildung dieser Schicht einsetzt: dies geschieht bei Trehalose bei wesentlich geringeren Konzentration, was hinsichtlich der kryoprotektiven Eigenschaften ein Vorteil darstellt. 6. Weiterhin wird diese Schicht bei Trehalose über einen breiteren Bereich von pH.-Werten gebildet, was ebenfalls ein Vorteil ist. Ziel weiterer Experimente sollte sein, diese Ergebnisse zu sichern und auszuweiten sowie die molekularen Mechanismen, die den Unterschied zwischen Trehalose und Saccharose bewirken, zu verstehen.

Publications

• Recoupled separated-local-field experiments and applications to study intermediate-regime molecular motions. Journal of Magnetic Resonance 2012, 221, 85-96
  Cobo, M. F.; Achilles, A.; Reichert, D.; deAzevedo, E. R.; Saalwaechter, K.
  
• The relation of the X-ray B-factor to protein dynamics: insights from recent dynamic solid-state NMR data. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics 2012, 30 (6), 617-627
  Reichert, D.; Zinkevich, T.; Saalwachter, K.; Krushelnitsky, A.
  
• The trehalose coating effect on the internal protein dynamics. Physical Chemistry Chemical Physics 2012, 14, 2727-2734
  Hackel, C.; Zinkevich, T.; Belton, P.; Achilles, A.; Reichert, D.; Krushelnitsky, A.
  
• Solid-State NMR Approaches to Internal Dynamics of Proteins: From Picoseconds to Microseconds and Seconds. Accounts of Chemical Research 2013, 46 (9), 2028-2036
  Krushelnitsky, A.; Reichert, D.; Saalwachter, K.
  
• A double-component Anderson-Weiss approach for describing NMR signals of mobile SI n units: Application to constant-time DIPSHIFT experiments. Journal of Magnetic Resonance 2014, 248, 115- 125
  Cobo, M. F.; Reichert, D.; Saalwachter, K.; deAzevedo, E. R.
  
• New insights into the interaction of proteins and disaccharides – the effect of pH and concentration. Biopolymers, 107,2, February 2017, Pages 39-45
  Reichert, D.; Gröger, S.; Hackel, C.