Molekulare Grundlagen der Bindungs- und Entbindungsprozesse zwischen dem humanen β2-Adrenorezeptor und einem G-Protein in verschiedenen Stadien des Aktivierungszyklus

• Antragstellerin: Dr. Kristyna Pluhackova
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393547389

Zellen verfügen über eine komplexe Maschinerie aus Zellmembran-gebundenen Proteinen, um auf Stimuli aus ihrer Umgebung reagieren zu können. Der Kern dieser Maschinerie besteht aus Transmembranproteinen, die als G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bekannt sind, und aus intrazellulären G-Proteinen, die an diese Rezeptoren binden. Ziel dieses Projektes ist es, die Wege und die zugrunde liegenden Energielandschaften der Bindungs- und Entbindungsprozesse zwischen einem G-Protein und einem prominenten G-Protein-gekoppelten Rezeptor (β2-Adrenorezeptor) in verschiedenen Stadien des Aktivierungszyklus und in unterschiedlichen Membranumgebungen zu entschlüsseln und damit neue wertvolle Informationen über den Mechanismus der Signalübertragung aus dem extrazellulären Raum in das Innere der Zelle zu gewinnen.Moleküldynamik-Simulationen unterschiedlicher räumlicher Auflösung werden durchgeführt, um sowohl die Assoziierung, die Struktur und die Stabilität des Signalisierungskomplexes vor und nach der Rezeptoraktivierung als auch die Stabilität des intermediären Komplexes zu untersuchen. Dadurch können die molekularen Effekte, die das G-Protein auf den Rezeptor ausübt, entschlüsselt und die Wege der Assoziierung und Dissoziierung auf atomistischer Ebene erforscht werden. Darüber hinaus werden durch systematische Veränderungen der Membranzusammensetzung sowohl spezifische als auch unspezifische Effekte verschiedener Lipide und Cholesterin auf die Wechselwirkungen zwischen Rezeptor und G-Protein aufgeklärt.Ergänzend dazu wird multifunktionelle Atomkraftmikroskopie, die in der gastgebenden Gruppe um Prof. Daniel Müller durchgeführt wird, verwendet, um die Bindungskraft des G-Proteins an den Rezeptor entlang der Dissoziations- / Assoziationswege zu analysieren.Darüber hinaus werden mittels dynamischer Einzelmolekül-Kraftspektroskopie diverse Stabilisierungseffekte des G-Proteins auf den Rezeptor in verschiedenen Stadien des Aktivierungszyklus untersucht.Diese interdisziplinäre Kollaboration, in der Moleküldynamik-Simulationen mit Atomkraftmikroskopie kombiniert werden, strebt an, erste hochaufgelöste Informationen über die Assoziierung und Dissoziierung des Signalisierungskomplexes, bestehend aus einem G-Protein-gekoppelten Rezeptor und einem G-Protein, zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Daniel J. Müller