Insertion und Faltung von beta-Fass Membranproteinen in Lipid-Doppelschichten - Funktionen von BamA (YaeT) und membranverankerten BAM Proteinen auf die Faltung integraler Membranproteine.

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg H. Kleinschmidt
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 88778146

Der Membraneinbau und die Faltung von Transmembranproteinen sind nicht gut verstanden, obwohl diese Prozesse für die Bildung von Membranen und das Zellwachstum essenziell sind. Für den Einbau und die Faltung von Außenmembranproteinen (OMPs) in Bakterien oder in Mitochondrien eukaryotischer Zellen ist der Barrel-Assembly Machinery (BAM) Komplex essenziell. Basierend auf unseren Arbeiten zum Mechanismus der Faltung und des Einbaus von OMPs wie OmpA und FomA untersuchen wir die biophysikalischen und biochemischen Funktionen der BAM-Proteine von Escherichia coli. Dieser BAM-Komplex besteht aus dem essenziellen Transmembranprotein BamA (bzw. YaeT oder Omp85) sowie aus 4 Lipoproteinen, BamB, C, D und E. Nur BamD (YfiO) ist essenziell. In der letzten Förderperiode haben wir u. a. gezeigt, dass BamA und BamD jeweils auch allein die Faltung und den Einbau von OmpA erleichtern. Dies wurde sowohl für entfaltetes OmpA in 8 M Harnstoff als auch für einen Komplex von entfaltetem OmpA mit seiner Chaperone Skp beobachtet. Die periplasmatische Domäne (PD) des BamA trug dabei wesentlich zur assistierten Faltung des OmpA bei. In keiner der bekannten Strukturen des BAM-Komplexes sind Lipide, Lipidanker der Proteine oder gar gebundene OMPs aufgelöst. Dies ist auch ein Grund, warum die Mechanismen der BAM-Komplexe nicht gut verstanden sind. In diesem Projekt soll aufgeklärt werden, wie BAM Proteine mit OMPs wie OmpA und OmpG wechselwirken und wie dies den Einbau und die Faltung von OMPs erleichtert. Die Geschwindigkeit des Einbaus von OMPs in Membranen kann durch Wahl der Temperatur und der Lipidzusammensetzung der Membran moduliert werden. Dadurch haben wir kürzlich auch für Modellmembranen aus Dilauroylphospholipiden und BamA eine Einbau- und Faltungszwischenstufe des OmpA charakterisieren können. Ein langsamerer Einbau mit Membran- bzw. BamA oder BamD-assoziierten Faltungszwischenstufen von OMPs erleichtert Untersuchungen zur Funktion der BAM-Proteine. Wir werden ortsgerichtete Fluoreszenzspektroskopie, Fluoreszenz¬löschungsverfahren und Messungen des Fluoreszenz¬energietransfers einsetzen, um Interaktionen von BAM-Proteinen mit Faltungszwischenstufen des OmpA zu analysieren. Die PD des BamA bildet mit BamD eine große ringartige Struktur aus und wir haben gezeigt, dass beide Proteine auch an Lipide binden. Wir werden lipidgebundene Fluoreszenzquencher benutzen, um die Oberflächenbereiche von BamD bzw. von der PD von BamA zu bestimmen, die mit Membranlipiden in Kontakt sind. Wir werden dabei auch untersuchen, ob es eine Selektivität von BamA oder BamD für Membranlipide gibt und ob diese zur Bildung einer Mikrodomäne führt. Diese Studien werden den Kenntnisstand der Funktionsprinzipien der Beta-Fass Einbaumaschinerie voranbringen. Da es Unterschiede in der Zusammensetzung der Einbaumaschinerien verschiedener Bakterien und eukaryotischen Zellen gibt, könnten die hier gewonnenen Erkenntnisse auch für die zukünftige Entwicklung von Antibiotika nützlich sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen