Thermodynamisches und dynamisches Gleichgewicht von Flüssig-Flüssig-Phasen in Membranlipiden (B07+)

• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 104405829

Membranlipide können im dynamischen Gleichgewicht Flüssig-Flüssig-Phasen, sogenannte „rafts“, ausbilden. Ziel dieses Teilprojekts ist es, aus theoretischer Sicht ein besseres Verständnis der raft-Bildung zu erzielen. Rafts können bereits bei ternären Systemen beobachtet werden (z.B. zwei geeignete Lipidsorten A und B und Cholesterol (Chol; Sorte C)). Der mobilere Anteil ist B-reich, der weniger mobile A- und C-reich. Chol ist essentiell für die raft-Bildung. In zweierlei Hinsicht spielen kooperative Prozesse hierfür eine wesentliche Rolle. Zum einen wird erst durch die Anwesenheit von Chol die Nichtidealität des AB-Systems genügend groß für eine Phasentrennung. Zum anderen beruht der Bildungsmechanismus auf dem komplexen Zusammenspiel der Dynamik der Kettenkonformations- und der Translationsfreiheitsgrade der drei Spezies. Ein Verständnis dieses Phänomens von der mikroskopischen bis hin zur mesoskopischen Skala steht noch aus. Da bei zusätzlicher Einbeziehung der Eigenschaften membranassoziierter oder membranintegraler Proteine die raft-Bildung die Basis für viele biologisch relevante Prozesse ist, gibt es in den letzten Jahren ein sehr großes Interesse auch verschiedener theoretisch orientierter Arbeitsgruppen an diesem Themengebiet. Dadurch ist bereits eine sehr gute Basis geschaffen, um experimentell relevante Aussagen zur raft-Bildung und –Funktionsweise gewinnen zu können. Konkret soll in diesem Projekt das Problem auf zwei verschiedenen Längenskalen untersucht werden. Zum einen sollen mikroskopische Molekulardynamik-Simulationen an sogenannten coarse-grained (CG) Modellen durchgeführt werden. Diese Modelle sind detailliert genug, um relevante mikroskopische Aussagen treffen zu können, aber gegenüber der reinen atomistischen Beschreibung hinreichend vereinfacht, um zumindest die anfänglichen raft-Bildungsprozesse erfassen zu können. Zum anderen sollen darauf aufbauend Gittersimulationen durchgeführt werden, bei denen jedes Molekül durch eine minimale Anzahl von Freiheitsgraden charakterisiert wird und die zu wählende Wechselwirkung zwischen den Molekülen den Ergebnissen der CG-Simulationen entnommen wird. Aus theoretischer Sicht können solche Modelle auch detailliert auf mean-field Niveau untersucht werden, um das Phasenverhalten noch genauer zu charakterisieren. Zusammenfassend sollen verschiedene Fragestellungen beantwortet werden, die sowohl zum grundsätzlichen Verständnis der raft-Bildung beitragen, hierbei unter besonderer Berücksichtigung der kooperativen Effekte, als auch zum Vergleich mit Experimenten eingesetzt werden können. Insbesondere sollen in diesem Kontext zumindest auf qualitativer Ebene zusätzlich der Einfluss membranassozierter Proteine studiert werden.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 858: Synergetische Effekte in der Chemie - Von der Additivität zur Kooperativität
• Antragstellende Institution: Universität Münster
• Teilprojektleiter: Professor Dr. Andreas Heuer