PROTstretch - Dynamische Struktur einer Nanomaschine der Proteinqualitätskontrolle: eine gemeinsame NMR/SAXS/SANS Studie der PAN Entfaltungsmaschine

• Antragstellerin: Professorin Dr. Teresa Carlomagno
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283154463

Die Zielsetzung des eingereichten Projektes besteht darin, Einblick in eine bedeutende Kategorie von Biomakromolekülen zu erlangen, den sogenannten AAA ATPase Proteinentfaltungsmaschinen. Ein gesundes Proteom, d.h. die Gesamtheit aller Proteine die zu einem gegebenen Zeitpunkt in einer biologische Zelle vorhanden ist, ist von wesentlicher Bedeutung für jedweden Organismus. Es existieren zahlreiche regulatorische Mechanismen auf den Niveaus der Genexpression und Posttranslation die die Menge, Spezifität und Aktivität von Proteinen in Abhängigkeit von Änderungen der internen und externen Umwelt kontrollieren. Einer dieser Mechanismen in lebenden Zellen besteht darin, schadhafte Proteine einzufangen und unschädlich zu machen. Diese Funktion ist essentiell, da falsch gefaltete Proteine eine Tendenz zum Aggregieren haben und irreversible Schäden in einer Zelle hervorrufen können. Die zentrale Herausforderung des spezifischen Proteinabbaus besteht darin die Entfaltung von Proteinen, die eine fehlerhafte Konformation haben oder nicht mehr benötigt werden, zu vollenden. Diese Aufgabe wird von verschiedenen Klassenvon AAA ATPase Entfaltungsmaschinen ("Unfoldasen") durchgeführt, die die Proteine für den Abbau seitens von Proteasomen vorbereiten. Aufgrund ihrer Schlüsselrollen in den Proteinabbauwegen werden Unfoldasen als potenzielle molekulare Ziele für Therapiemöglichkeiten in Betracht gezogen. In Menschen wird eine Fehlfunktion in der Elimination von schadhaften Proteinen mit einer Reihe von neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer und Huntington sowie von ansteckenden Krankheiten wie Prionen in Verbindung gebracht. Insbesondereneurodegenerative Krankheiten treten gehäuft in fortgeschrittenem Alter auf, was ein erhebliches Gesundheitsproblem für eine alternde Weltbevölkerung darstellt. In diesem Zusammenhang repräsentiert ein tiefgreifendes Verständnis der zugrundelegenden molekularen Mechanismen der Unfoldasemaschinen ein Hauptziel der heutigen Biomedizin. Klassische Techniken der Strukturbiologie wie Kristallographie sind nur eingeschränkt anwendbar auf solche komplexen oligomerischen Systeme und können keine vollständige Einsicht in ihre Funktionsweise erbringen. Daher wollen wir diese Fragen mit einer schlagkräftigen Kombination von Strukturbiologietechniken in Lösung angehen: Kleinwinkelstreuungvon Röntgenstrahlen (SAXS) und Neutronen (SANS) sowie Kernspinresonanzspektroskopie (NMR). Wir schlagen vor, diese Kombination von Techniken auf das PAN System und GFP (Green Fluorescent Protein) als Substrat in unserem Projekt anzuwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Frank Gabel