Nanodiamanten als sensitive Sensoren zur Untersuchung der Struktur und Dynamik von Tetherin

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Fedor Jelezko; Professor Dr. Frank Kirchhoff; Professorin Dr. Tanja Weil
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318290668

Menschliches Tetherin blockiert die Virusfreisetzung und wirkt als ein Mustererkennungsrezeptor, der die NF-kB-abhängige, virale Genexpression in HIV-1 infizierten Zellen induziert. Die Fähigkeit, die Freisetzung von Viren zu beschränken, ist unter den verschiedenen Tetherin-Orthologen unterschiedlicher Spezies konserviert und hat sich vor Jahrmillionen entwickelt. Es scheint jedoch, dass die angeborene Viruserkennung eine evolutionär erst vor Kurzem entwickelte Aktivität von Tetherin darstellt und nur Menschen, und (in geringerem Maße) Tetherin-Orthologe von größeren Affen eine angeborene Immunsensorfunktion aufweisen, während bei Tetherinen von Affen und anderen Arten diese Funktion fehlt. Bei der Erkennung von Viren spielt die Phosphorylierung von Tyrosinresten in konservierten, cytoplasmatischen Bereichen von Tetherin-Dimeren eine wichtige Rolle, allerdings sind die genauen Mechanismen und die strukturellen Anforderungen für die Viruserkennung durch Tetherine noch ungeklärt.Quantensensoren auf Basis von Stickstoff-Fehlstellendefekten (N-V Zentren) in Nanodiamanten bieten ein großes Potenzial, um die Einzelmoleküldetektion von Proteinen in ihrer natürlichen Umgebung mit atomarer Auflösung z.B. von Ligandenbindungsstellen, unter physiologischen Bedingungen zu ermöglichen. Unser Kooperationsprojekt widmet sich der Anwendung der N-V-Magnetometrie zur Aufklärung der Virusbindungsdomaine des Membranrezeptors Tetherin mit atomarer Präzision. Ferner soll die Dynamik von Tetherin innerhalb der Membran in Gegenwart von Viren beobachtet werden. Auf diesem Weg könnten Quantensensoren basierend auf N-V Nanodiamanten grundlegende Informationen über die Dynamik der Bindung von HIV-1 und der Signaltransduktion dieses wichtigen, angeborenen antiviralen Faktors Tetherin liefern. Wir erwarten, dass die Implementierung der Quantensensorik zur Entschlüsselung wichtiger biologischer Vorgange völlig neue Einblicke in die Struktur und Dynamik von anspruchsvollen Biomolekülen wie dem Membranprotein Tetherin in seiner natürlichen, zellulären Umgebung liefern wird. Die Quantensensorik würde auf diesem Weg die erste Methode darstellen, die es ermöglicht, Strukturinformationen mit atomarer Auflösung und nicht-invasiv zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1923: Innate Sensing and Restriction of Retroviruses