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Struktur und Dynamik des humanen Guanylat bindenden Proteins in Lösung - Korrelation zwischen Streumethoden und Einzelmolekül FRET Experimenten

Fachliche Zuordnung Biophysik
Förderung Förderung von 2015 bis 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280164000
 
Erstellungsjahr 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Guanylat-bindende Proteine spielen eine wichtige Rolle für die Immunantwort von Lebewesen und sind daher überlebensnotwendig. Das humane Guanylat-bindende Protein 1 (hGBP1) ist ein wichtiger Vertreter dieser Familie. In früheren Veröffentlichungen wurde hGBP1 stets ohne jegliche posttranslationale Modifikationen untersucht, obwohl bereits relativ früh nachgewiesen wurde, dass hGBP1 in vivo durch eine Farnesylierung posttranslational modifiziert ist. Im Laufe dieses von der DFG geförderten Forschungsprojektes konnte jedoch gezeigt werden, dass es grundlegende Unterschiede zwischen dem unmodifizierten hGBP1 und dem natürlicherweise vorkommenden farnesylierten Protein farn-hGBP1 gibt. i) Das unmodifizierte hGBP1 Monomer besitzt eine hohe intrinsische Dynamik und liegt in einem strukturellen Ensemble aus zwei ähnlichen Zuständen vor. Durch die Kombination von Streumethoden und Einzelmolekülspektroskopie konnte die Struktur und Dynamik des hGBP1 Monomers detailliert untersucht werden. Durch die intrinsische Flexibilität des hGBP1 Monomers kann eine Dimerisierung erfolgen, was die molekulare Grundlage für weitere Oligomerzustände des hGBP1 sein kann. ii) Im einem zweiten Arbeitspaket wurden die strukturellen Unterschiede zwischen dem unmodifizierten hGBP1 und dem farnesylierten farn-hGBP1 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Farnesylanker hauptsächlich dazu dient, das hGBP1 Protein in der inaktiven, sehr kompakten Monomerkonformation zu halten und somit eine unerwünschte Dimerisierung zu verhindern. Diese Struktur ist der bekannten Kristallstruktur sehr ähnlich. Damit ist eine gezielte und spezifische Signaltransduktion durch die Nukleotidbindung gewährleistet, was in Zellen unverzichtbar ist. iii) Letztlich konnte in einen dritten Arbeitspaket gezeigt werden, inwiefern sich die Oligomerisierung des farnesylierten Proteins von der des nicht modifizierten hGBP1 Proteins unterscheidet. Die Entstehung von Nukleationskeimen, sogenannten Scheiben, und späteren großflächigen Proteinaggregaten konnte strukturell und kinetisch beschrieben werden. Diese Arbeit trägt dazu bei, die bereits in vivo beobachteten Effekte der Phasenseparation und Bildung sogenannter ‚Vesikel-artiger Strukturen‘ in vitro zu reproduzieren und strukturell weiter zu beschreiben. Allgemein betrachtet konnte unsere Arbeit darlegen, dass die Farnesylierung einen großen Einfluss auf die Struktur und das Oligomerisationsverhalten des hGBP1 hat. Früherer Arbeiten, die eine physiologische Relevanz der unmodifizierten hGBP1 postulierten müssen aus diesem Grund neu betrachtet werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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