Improving the quality of protein crystals using rational design of crystal contacts

• Applicant: Professor Dr. Dmitrij Frishman
• Subject Area: Bioinformatics and Theoretical Biology
• Term: from 2008 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 71103967

Die niedrige Erfolgsrate bei der Erzeugung gut beugender Kristalle ist einer der Hauptfaktoren, die den Fortschritt der Strukturaufklärung mittels Röntgenkristallographie einschränken. Neueste Forschungsberichte weisen darauf hin, dass eine deutliche Verbesserung der Kristallqualität erreicht werden kann durch sorgfältig ausgewählte Mutationen, die die Aminosäurekontakte an den 5 Kristallberührungsflächen beeinflussen. Wir schlagen daher vor, eine groß angelegte statistische Untersuchung durchzuführen, um Korrelationen zwischen Kristallqualität, der Natur intermolekularer Kontakte im Kristallgitter und der Aminosäuresequenz der Proteine zu identifizieren und auszuwerten. Dafür ist es nötig, eine umfassende Datenbank zu erstellen, die Informationen über alle bekannten Kristallkontakte zusammen mit den für die Strukturbestimmung verwendeten experimentellen Bedingungen sowie Qualitätsmerkmalen der Struktur wie etwa Auflösung, Datenvollständigkeit und RFaktor, enthält. Derartige Kristallkontaktdaten sind momentan in keiner öffentlich zugänglichen Datenbank verfügbar. Methoden des Data Minings sollen verwendet werden, um informative Eigenschaften zu identifizieren, die Kristalle niedriger Qualität von solchen hoher Qualität unterscheiden. Ein zentraler Punkt unseres Ansatzes ist dabei die Verwendung sowie weitere Entwicklung fortgeschrittener Methoden für die Vorhersage von Lösungsmittel zugänglichen Resten. Allgemeingültige Regeln sollen abgeleitet werden, die die Entwicklung von Mutagenese-Experimenten für Oberflächenreste ermöglichen, mit denen die Wahrscheinlichkeit hoch-auflösende Kristalle zu erzeugen, verbessert werden soll. Diese Regeln sollen schließlich experimentell verifiziert werden, indem vorgeschlagene Mutationen in einer Anzahl von Testproteinen eingeführt werden und daraufhin die Qualität der resultierenden Kristalle über die Auflösung der Kristallbeugung untersucht wird.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Poland
• Participating Persons: Professor Dr. Janusz M. Bujnicki; Professor Marcin Nowotny, Ph.D.