Eine genetisch kodierte ASAXS Methode zur Messung der Eigenschaften von Intrinsisch ungeordneten Proteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Edward A. Lemke; Dr. Dmitri Svergun
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432343117

Intrinsisch ungeordnete Proteine (IDPs) zeichnen sich dadurch aus, das sie sehr dynamisch sind und sich nicht zu einer statischen Struktur falten. IDPs liegen daher in einem Ensemble von verschiedenen Strukturen vor. Eine Kenngröße für dieses polymerartige Verhalten ist wie die Größe des IDPs mit dessen Sequenzlänge skaliert. Diese Skalierungseigenschaft ist nicht nur ein Schlüsselparameter zur Charakterisierung eines Polymers/Polypeptids, sondern auch von essentieller Bedeutung für die Eigenschaften und biologischen Funktionen eines IDPs, da diese z.B. davon abhängt wie stark das Protein mit sich selbst und mit anderen Proteinen interagiert. Die vielseitigen Interaktionsmöglichkeiten von IDPs liegen auch oftmals der biologischen Phasenseparation zu Grunde, einem Thema das derzeitig von höchster Relevanz in den Lebenswissenschaften ist. Die häufigsten experimentellen Techniken um die Skalierungseigenschaft zu bestimmen sind SAXS (Kleinwinkelröntgenstreuung) und FRET (Förster-Resonanzenergietransfer, „smFRET“ auf Einzelmolekülniveau), wobei FRET typischerweise den Einbau zweier Farbstoffe benötigt. SAXS ermöglicht die Messung des Gyrationsradius (RG) des IDPs, während FRET die Messung der Distanz von einem Fluorophore zum anderen ermöglicht (RE). Leider kommen die beiden Techniken zu diametral unterschiedlichen Aussagen, was nicht nur eine ganze Debatte nach sich zieht, sondern auch die Aussagefähigkeit eines ganzen Forschungsfeldes in Frage stellt. In diesem Antrag schlagen wir vor, eine Technik zu entwickeln, die es erlaubt experimentell aus der gleichen Messung sowohl RG¬ als auch RE zu bestimmen: „Anomolous SAXS“(ASAXS) auf Basis des Aminosäure-seitenspezifischen Einbaues mindestens zweier annomaler X-ray-Streuer, die exakt dort positioniert werden, wo in FRET die Farbstoffe platziert werden. Dazu werden wir neue Methoden zur Erweiterung des Genetischen Kodes entwickeln, und diese mit ASAXS-Methodenentwicklung an einer der besten SAXS Messstation für biologische Sample in Europa (P12 in Hamburg) verbinden. Wir werden die Methode soweit entwickeln, dass Sie nicht nur die FRET-SAXS-IDP Debatte zu einem konstruktiven, experimental validierten Ende führt, sondern die Methode auch als neues strukturbiologisches Werkzeug zur Studie von großen IDPs und/oder gefaltete Proteinen etablieren. Dadurch wird ein starkes neues, integratives Strukturbiologiewerkzeug zur Verfügung gestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen