Bestimmung allgemeiner Struktur/Funktionszusammenhänge für G-Protein gekoppelte Rezeptoren durch ortsspezifische Spin-Markierung und druckabhängige ESR-Spektroskopie

• Antragsteller: Dr. Matthias Elgeti
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254065586

G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind große Gruppe von Rezeptoren, die sich durch ihre große Homologie auszeichnen und alle einen sehr ähnlichen, sich durch sieben trans-membrane Helizes auszeichnenden Aufbau besitzen. Diese Rezeptoren stellen den ersten Schritt vieler Erkennungs- und Signalweiterleitungsprozesse da, da sie extrazelluläre Reize aufnehmen und intrazelluläre G-Proteine oder Arrestine aktivieren. Die Struktur und Funktion von GPCRs ist deshalb von großem pharmazeutischem Interesse. Die große strukturelle Ähnlichkeit der GPCRs untereinander gründet auf einem Gerüst hoch-konservierter Aminosäuren und den hierauf aufbauenden Wasserstoffbrückenbindungen. Diese Motive von Aminosäuren sind unabdingbar mit der Rezeptorfunktion verknüpft, da ihre Reorganisation Strukturänderungen ermöglichen, die die Aktivierung der Rezeptors begleiten. In diesem Sinne erscheint es sinnvoll allgemeingültige Verknüpfungen von Struktur und Funktion für GPCRs abzuleiten.Ein GPCR, der besonders gut für mechanistische Studien geeignet ist, ist Rhodopsin, der Lichtrezeptor aus der Stäbchenzelle des Auges von Wirbeltieren. Rhodopsin war Gegenstand zahlreicher biophysikalischer und biochemischer Studien, welche die Struktur und Funktion des Rezeptors bis zur Ebene einzelner Wasserstoffbrückenbindungen bestimmen konnten. Trotz der wichtigen Rolle für die Funktion von Proteinen wurde die Beschreibung der dynamischen Vorgänge innerhalb des Rezeptors stark vernachlässigt, sogar im Fall von Rhodopsin.In diesem Projekt werden Rhodopsin, aber auch andere GPCR mittels ortsspezifischer Markierung mit Spinsonden und unterschiedlicher Techniken der Elektronenspinresonanz untersucht. Diese Techniken liefern bewiesenermaßen detailierte Informationen über die konformationellen Gleichgewichte und die beteiligten Übergänge. Durch Druckveränderung is es ferner möglich auch diejenigen Proteinkonformationen zu besetzen und zu untersuchen, die ansonsten aufgrund ihrer geringen Besetzung schwer zu detektieren sind. Weitere Informationen zur Proteindynamik und ihrer Änderung während der Aktivierung sollen mittels Drucksprung- und zeitaufgelöster ESR-Experimente gesammelt werden. Ausgehend von diesen Resultaten und dem detaillierten Wissen über den Rhodopsin Prototyp wird nachfolgend ein allgemeines System von Struktur und Funktion für GPCRs abgeleitet, welches Parameter besitzt, die an jeden spezifischen GPCR angepasst werden können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Wayne Hubbell