Dynamik von humanen Guanylat-bindenden Proteinen: Konsequenzen für ihre Struktur und Oligomerisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Herrmann; Professor Dr. Claus Seidel
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246179272

Das Ziel dieses Projektes ist die Bestimmung des supertertiären Strukturensembles des humanen Guanylat-bindenden Proteins 1 (hGBP1) in Lösung und die Aufklärung seiner Bedeutung für dessen Funktion. hGBP1 ist ein typisches Protein aus der Klasse der großen GTP-bindenden Proteine (GTPasen). Wir wollen seine intra- und intermolekulare Dynamik analysieren, um die molekularen Mechanismen zu verstehen, die der Membranverformung und seiner antimikrobriellen Aktivität zugrunde liegen. Wir werden maßgeschneiderte Einzelmolekül-Experimente basierend auf hoch aufgelöstem Förster Resonanz Energie Transfer (FRET) und spezies-spezifischer Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) sowie kinetische und thermodynamische Untersuchungen durchführen, um die Architektur der Proteinkomplexe in Lösung zu bestimmen und die Nukleotid-kontrollierten Strukturänderungen zeitaufgelöst zu beschreiben.Die Mitglieder der Proteinfamilie großer GTPasen, wie Dynamin, Mx und die zahlreichen hGBP Isoformen haben viele wichtige biologische Funktionen in menschlichen Zellen wie z.B. bei der Endocytose oder als Teil des Inflammasoms bei der Abwehr von Viren oder Mikroben. Trotz dieser unterschiedlichen Funktionen haben sie wesentliche Gemeinsamkeiten wie den Aufbau aus ähnlichen Domänen, die nukleotid-abhängige Assemblierung zu Tetrameren und die Assoziation von großen Oligomeren an Membranen. Wir wollen gemeinsame Fragen bei der Überfamilie von großen GTPasen anhand unserer Untersuchungen an hGPB1 bearbeiten und diese dabei schrittweise auf verwandte Isoformen wie hGBP2, hGBP4 und hGBP5 (50-70% Sequenzidentität aber unbekannte Struktur) ausdehnen, um Gemeinsamkeiten aber auch spezifische Unterschiede im Mechanismus herauszuarbeiten. Außerdem werden wir den Einfluss der Isoprenylierung und der Membranverankerung auf die Funktionsweise von hGBP1 untersuchen. Insgesamt versuchen wir in diesem Projekt mit den Untersuchungen der großen GTPasen zu verstehen, wie die Funktion großer, flexibler Proteine über intra- und intermolekulare Interaktionen ihrer Untereinheiten kontrolliert wird und wie diese Interaktionen zur dynamischen Veränderung der Supertertiärstruktur führen. Insbesondere wollen wir untersuchen, wie die GTP-Bindung und -Hydrolyse von diesen Proteinen für ihre Funktion genutzt wird, indem dadurch ihre molekulare Energielandschaft verändert und somit das dynamische Gleichgewicht zwischen thermodynamisch stabilen Zuständen verschoben wird. Der detaillierte Einblick in die Strukturen großer GTPasen, die sich buchstäblich 'in Aktion' befinden, wird uns helfen, auf molekularer Ebene zu verstehen, wie nukleotid-getriebene Protein-Protein Interaktionen zu komplexen biologischen Aktionen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen