Entwicklung eines impliziten Membran-Modells und Monte Carlo Algorithmus für die Simulation der Faltung von Membran-Proteinen

• Applicant: Dr. Jakob P. Ulmschneider
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2005 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5446174

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Faltungsprozess von Membran-Proteinen auf atomarer Ebene detailgetreu zu simulieren und zu analysieren. Membran-Proteine stellen nicht nur ein Drittel der im menschlichen Genom kodierten Proteine, sie sind auch eine wichtige Zielgruppe für eine Vielzahl von Medikamenten, da sie lebensnotwendige Funktionen der Zelle regulieren. Aufgrund von enormen experimentellen Schwierigkeiten sind zur Zeit nur etwa 80 Membran-Protein Strukturen bekannt. Daraus ergibt sich die dringende Notwendigkeit für theoretische und computergestützte Forschung, die eine große Herausforderung darstellt.Um den Faltungsprozess im Computer realistisch modellieren zu können, ist es unabdingbar, das komplizierte Lipid-Membran Umfeld des Proteins implizit darzustellen. Dies soll mit Hilfe der Verallgemeinerten-Born Methode bewerkstelligt werden. Diese Methode wird z.Z. erfolgreich zur Faltung von kleinen globulären Proteinen eingesetzt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird sie erweitert werden, um sowohl Wasser als auch Lipid- Moleküle implizit, d.h. in Form eines elektrischen Kontinuums von variabler Dichte und Dielektrizität darzustellen. Im nächsten Schritt soll diese implizite Membran in einen bereits von mir entwickelten Monte Carlo Concerted Backbone Rotation Algorithmus integriert werden. Diesen Algorithmus, zusammen mit der Verallgemeinerten-Born Methode habe ich vor kurzem erfolgreich beim Falten kleiner Polypeptide verwendet. Die Kombination mit einer impliziten Darstellung der Membran wird es ermöglichen, den Faltungsprozess von Membran-Proteinen auf atomarer Ebene zu simulieren und auf diese Weise unser Verständnis von Membran-Proteinen grundlegend zu verbessern. Die sich daraus ergebenden Erkenntnisse werden im Bereich der Medikamentenentwicklung von großem Nutzen sein.

• DFG Programme: Emmy Noether International Fellowships
• Host: Professor Dr. Alfredo di Nola