Molekulare Wechselwirkungen von Polyampholyten: Einfluss der Sequenz ionischer Gruppen

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498567423

Das Ziel des Projekts ist es zu untersuchen, wie die Sequenz ionischer Gruppen in ampholytischen Makromolekülen zur molekularen Erkennung zwischen diesen Makromolekülen und zur Bildung von flüssig-flüssig separierten Phasen beiträgt. Flüssig-flüssig-phasenseparierte Makromoleküle kommen in Form geladener und intrinsisch ungeordneter Proteindomänen in unterschiedlichen biologischen Systemen vor, z. B. bei der Bildung von Muschelklebern oder membranlosen intrazellulären Organellen. Entsprechend weisen solche Koazervatphasen eine beeindruckende Funktionsvielfalt auf, z. B. Sequestration bioaktiver Moleküle, Synthese mechanisch stabiler Fasern oder die nass-Adhäsion. Diese Funktionen sind auf wohldefinierte Wechselwirkungen und molekulare Erkennung zwischen den geladenen Sequenzen zurückzuführen. Es kann davon ausgegangen werden, dass eine genaue Kontrolle über die vielen ionischen-Wechselwirkungen entlang der Kette für die molekulare Erkennung und nachgelagerte Funktionen, wie die Flüssig-Flüssig-Phasentrennung, erforderlich ist. Mit der Entwicklung sequenzkontrollierter Polymere könnten diese Eigenschaften und vielfältigen Funktionen mit synthetischen Polymeren imitiert werden. Jedoch muss zunächst verstanden werden, wie die Sequenz von geladenem Gruppen entlang einer Polymerkette und die daraus folgenden multivalenten ionischen Wechselwirkungen die flüssig-flüssig Phasentrennung der Makromoleküle steuert. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Hochdurchsatz-Screening-Methoden, quantitative Adhäsionsmessungen mit kolloidalen Sonden und Einzelmolekülkraftspektroskopie verwendet, um Wechselwirkungen von ampholytischen Peptiden zu quantifizieren und das Zusammenspiel von Sequenz und molekularer Erkennung zu entschlüsseln (Teil A: Wechselwirkungen). Diese quantitativen Interaktionsstudien werden mit Untersuchungen der Flüssig-Flüssig-Phasenseparation mit Fluoreszenztechniken und Raman-Spektroskopie kombiniert, um die Zusammensetzung und Struktur der Koazervatphasen zu bestimmen (Teil B: Phasentrennung). Ein wichtiges Ziel ist es, durch die Kombination verschiedener Sequenzen mit unterschiedlichen gegenseitigen Wechselwirkungen, wie sie in Teil A bestimmt wurden, multiple stabile flüssig-flüssig Phasen zu erzeugen. Um die Phasentrennungseigenschaften natürlicher intrinsisch ungeordneter Proteine besser nachzuahmen, werden hochmolekulare Strukturen aus sequenzdefinierten Peptiden hergestellt. Hier werden polymeranaloge Reaktionen durchgeführt, die leichten Zugang zu hochmolekularen Systemen erlauben, während die sequenzdefinierte Präsentation der geladenen Gruppen beibehalten wird. Dieses Projekt soll ein tiefes Verständnis über die molekulare Erkennung zwischen Polyampholyten sowie ihr Phasenverhalten in Abhängigkeit von ihrer Sequenz ermöglichen. Dies geht über den Stand der derzeitigen Forschung hinaus. Die zu erwartenden Erkenntnisse könnten zu neuen Materialien führen, die die vielfältigen Eigenschaften von intrinsisch ungeordneten Proteinen nachahmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen