Structural investigation of membrane associated members of the bcl-2-proteinfamily, regulators of apoptosis
Final Report Abstract
Viele Proteine der BCL2-Familie interagieren mit Lipiden, insbesondere der äußeren Membran von Mitochondrien. Dort entscheidet ein hoch regulatives Netzwerk an Interaktionen über die Formierung eines Porenkomplexes, dem die Freisetzung von mitochondrialen Proteinen folgt und damit zur Initiierung der Caspase-abhängigen Apoptose führt. In dieser Arbeit wurde die membranständige Topologie von ausgewählten pro- sowie antiapoptotischen BCL2-Proteinen mittels biophysikalischer Methoden wie Fluoreszenzspektroskopie und solid-state NMR vergleichend untersucht. Für Bax und Bax∆C wurde gezeigt, dass Bereiche des Proteins bis weit in den Hydrokarbonbereich der Lipiddoppelschicht eintauchen. Zusätzlich lieferten 1D 15N- sowie 2D-PISEMA solid-state-NMR-Experimente Details zur Topologie der α-Helices von Bax-Proteinen in der Membran. Durch direkte Gegenüberstellung der NMR-Daten von orientiertem Bax und Bax∆C wurde die Funktion der Helix 9 als transmembraner Lipidanker offensichtlich. Ferner zeigten die Helices 4,5 und 6 einen Neigungswinkel von 40 – 50° und die übrigen Helices eine parallele Orientierung zu orientierten Lipidmembranen. Im Gegensatz dazu waren die antiapoptotischen Proteine BCL-XL und BCL2∆C im Interfazialraum der Phospholipidmembran mit weitestgehend parallel zur Membran orientierten Helices lokalisiert und hoch dynamisch. Eine Funktion des C-Terminus von BCL-XL als transmembraner Lipidanker war ebenso ersichtlich wie die Beobachtung, dass das BIM-BH3-only Peptid die Lipidwechselwirkung der hier eingesetzten antiapoptotischen Proteine zu neutralisieren schien. Im Hinblick auf die Rolle der BCL2-Proteine an der mitochondrialen Membran wurden somit deutliche Unterschiede in der Topologie und Dynamik zwischen pro- und antiapoptotischen BCL2-Proteinen herausgestellt.
