Identifikation und Charakterisierung homo- und heterotypischer membranständiger Interaktionsdomänen durch in vitro Selektion

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Langosch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5414967

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Unsere Arbeiten zeigen, dass TM-Helices über komplexe Kontaktflächen wechselwirken können, die jeweils durch Variationen verschiedener Sequenzmuster beschrieben sind. Beispielsweise zeigte sich, dass kurze Motife vom GxxxG-Typ häufig mit anderen Motifen kooperieren, welche zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen, aromatischen Interaktionen oder ionischen Wechselwirkungen in der Lipidmembran beitragen. Den spezifischen Wechselwirkungen membranständiger Helices scheint also ein komplexer Code zugrunde zu liegen. Dieses Sequenzvariationen lassen sich über den Sequenzraum verteilt vorstellen. Diese Darstellung beeinhaltet auch Ergebnisse, wie sie von anderen Arbeitsgruppen nach Selektion interagierender TMDs aus kombinatorischen Bibliotheken bzw. de novo Design erhalten worden waren. Die von uns aus kombinatorischen Bibliotheken isolierten Sequenzmotife können den Aufbau natürlicher Membranproteinkomplexe steuern nachdem viele diese Motife häufiger in natürlichen Transmembransequenzen vorkommen als die Statistik dies erwarten ließe. Daraus nun lässt sich wieder auf einen Beitrag der Motife zur Funktion der jeweiligen Proteine zurückschließen und die Anreicherung im Lauf der Evolution erklären. Der ganze Ansatz ist also in sich konsistent: Die Anreicherung wechselwirkungsfähiger Proteindomänen im Reagenzglas entspricht ihrer Anreicherung im Lauf der natürlichen Evolution.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2005). Transmembrane domains in membrane protein folding, oligomerization, and function. In: Handbook of Protein Folding (Kiefhaber, B. a., ed.), Vol. 2, pp. 876-918. 5 vols. Wiley, Weinheim
  Ridder, A. N. & Langosch, D.
  
• (2005). Tryptophan Supports Interaction of Transmembrane Helices. J. Mol. Biol. 354, 894-902
  Ridder, A., Skupjen, P., Unterreitmeier, S. & Langosch, D.
  
• (2006). A ToxR-based dominant-negative system to investigate heterotypic transmembrane domain interactions. PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 65, 803-807
  Lindner, E. & Langosch, D.
  
• (2007). An extended ToxR POSSYCCAT system for positive and negative selection of self-interacting transmembrane domains. J. Microbiol. Methods 69, 298-305
  Lindner, E., Unterreitmeier, S., Ridder, A. & Langosch, D.
  
• (2007). Phenylalanine Promotes Interaction of Transmembrane Domains via GxxxG Motifs. J. Mol. Biol. 374, 705-718
  Unterreitmeier, S., Fuchs, A., Schäffler, T., Heym, R. G., Frishman, D. & Langosch, D.
  
• (2009). Complex patterns of histidine, hydroxylated amino acids and the GxxxG motif mediate highaffinity transmembrane domain interactions. J. Mol. Biol. 385, 912-923
  Herrmann, J., Panitz, J., Unterreitmeier, S., Fuchs, A., Frishman, D. & Langosch, D.
  
• (2009). Interaction and Conformational Dynamics of Membrane-Spanning Protein Helices. Protein Sci. 18, 1343-1358
  Langosch, D. & Arkin, I. T.
  
• (2010). Ionic interactions promote transmembrane helix-helix association depending on sequence context. J Mol Biol 396, 452-461
  Herrmann, J. R., Fuchs, A., Panitz, J. C., Eckert, T., Unterreitmeier, S., Frishman, D. & Langosch, D.