Faltung und Dynamik von Protein-Chimären gebaut aus zwei verschiedenen Faltungstypen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Birte Höcker
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445695864

Die Rekombination von Protein-Fragmenten ist ein plausibler Mechanismus, der zur Entstehung neuer Proteinfaltungen und der Diversifizierung existierender Faltungen geführt haben. Gibt es eine natürliche Selektion von Fragmenten in der Natur, die Mißfaltung und Aggregation im Tochterprotein minimieren? Und setzt sich die Stabilität und Faltung des neuen Proteins zu gleichen oder ungleichen Teilen aus den Fragmenten zusammen oder sind sie unabhängig von den Eltern-Proteinen? Jede Fragment-spezifische Information, die während der Rekombination kodiert wurde, um unproduktive Faltungswege zu minimieren, ist wahrscheinlich verschwunden aufgrund von Gen-Drift durch Mutationen. Jedoch die Untersuchung der Faltungsmechansimen und konformationellen Dynamiken von synthetischen Proteinen, die durch Fusion existierender Fragmente erhalten wurden, könnten Aufschluß darüber geben, wie die Natur entgegen Mißfaltung und Aggregation selektiert. In diesem Zusammenhang untersuchen wir die Faltung und Dynamik von chimären Proteinen, die durch Rekombination von subdomänen-großen Protein-Fragmenten hergestellt wurden. Eine solche Chimäre ist CheYHisF, welche aus dem chemotaktischen Regulationsprotein CheY mit der Flavodoxin-ähnlichen Faltung und dem Histidinbiosynthese-Protein HisF mit der TIM- bzw. (ba)8-barrel Faltung zusammengesetzt wurde. CheYHisF entfaltet reversible in Guanidiniumchlorid (GdmCl) mittels eines Gleichgewichts-Intermediats. Interessanterweise ist dieses Intermediat nicht vorhanden bei Denaturierung der Chimäre mit Harnstoff. Untersuchungen der Dynamik der Chimäre im native Zustand mittels Relaxation der Rückgrat-Amide via NMR-Spektroskopie ermöglichte die Identifikation eines einzelnen Aminosäurerestes, der eine hohe Dynamik im Millisekunden-Bereich zeigt. Dieser Rest liegt an der Schnittstelle der CheY und HisF Fragmente und seine Mutation verändert maßgeblich die Stabilität des nativen Zustands sowie das Gleichgewichts-Intermediat. Hier wollen wir den Effekt von Mutationen auf die Stabilität und Faltung in Bezug auf die Umverteilung der hydrophoben Cluster, die in der Chimäre von ihren Elternproteinen vererbt werden, rationalisieren.Darüber hinaus werden wir zwei weitere, verwandte Chimären von CheYHisF untersuchen und ihre Dynamik mithilfe von NMR-Spektroskopie auf mehreren Zeitskalen testen, um Bereiche hoher Flexibilität zu bestimmen. Zudem werden wir die Faltung der drei synthetischen Chimären untersuchen und sie mit den Elternproteinen vergleichen, um Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen diesen und vorhandenen Homologen aufzudecken und Regeln für eine erfolgreiche Rekombination von Fragmenten zu erlernen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen