Vergleichende Analyse von intrinsisch unstrukturierten Proteinen

Neuere experimentelle Ergebnisse und bioinformatische Analysen deuten darauf hin, dass in vielen Regionen von Proteinen oder Proteinkomplexen eine definierte Tertiärstruktur fehlt, und sind somit "unstrukturierte" oder "intrinsisch ungeordnete" Proteine oder Regionen ( IUP/IUR ) . Diese Proteine bestehen aus sich schnell ineinander umwandelnden strukturelle Ensembles. Bioinformatisch Prädiktoren zeigen, dass etwa 10-35% der Aminosaeuren in prokaryontischen Proteinen und etwa 15-45% der Reste in eukaryotischen Proteinen in lokal ungeordnet sind. IUP/IURs funktionieren entweder direkt durch ihre Ungeordnete Dynamik oder durch molekulare Erkennung. Wenn sie an einen Partner binden, dann induziert dies Faltung bei der Bindung . Diese Art von Bindung verleiht mehrere Vorteile für die IUP verglichen mit globulaeren Proteinen , weil sie sich nach einem Interaktionspartner "strecken" koennen, in einem Mechanismus, der als " Fliegen-fischen" beschrieben werden kann. Die molekulare Erkennung wird oft mit kurzen Peptid -aehnlichen Erkennungsmotive vermittelt, die oft in Regionen mit lokaler Disorder gefunden werden. Diese Erkennungsmotive sind angereichert mit hydrophoben Aminosäuren und mit flexiblen geladenen Reste, die für Flexibilität in ihren freien Zustand verantwortlich sind. Disorder kommt auch vor in amyloidogenen Regionen von Proteinen, die oft in hydrophoben Bereichen auftritt und diese Proteine somit anfällig für Aggregation und Fibrillenbildung macht. Lineare Epitope (antigene Regionen) sind oft kurze Peptide, die durch Antikörper des Immunsystems erkannt werden. Diese antigenen Regionen treten oft auch in lokal ungeordneten Bereiche auf und korrelieren mit lokaler Hydrophobie. Um zu verstehen, wie diese gegensätzlichen Anforderungen die drei Typen von Motiven geprägt haben, planen wir, ein vergleichendes und gemeinsames Forschungsprojekt zu initiieren, das auf der Kombination von theoretischen und experimentellen strukturellen Analysen beruht. In diesen wollen wir (i) Datensätze der drei Motiv Typen generieren und vergleichen in Bezug auf Besonderheiten von Sequenz und Dynamik, (ii) ihre (meta-) strukturellen Ähnlichkeiten und Unterschiede vorhersagen und bewerten, und (iii) Unterschiede in ihren strukturellen Praefrerenzen durch NMR untersuchen und Auswirkungen von Mutationen studieren. Unsere Ergebnisse sollen bisher verborgene, subtilen Elemente der Sequenz/Struktur Beziehungen in den drei Arten von kurzen unstrukturierten Peptiden enthüllen, und in Zukunft, Motiv Vorhersage von IUPs verbessern, und Anwendung in der Biomedizin finden.

Viele Proteine oder Proteinregionen haben keine definierte Tertiaerstruktur und werden als unstrukturiert oder ungeordnet bezeichnet. Sie existieren und funktionieren als dynamisches Ensemble von sich staendig wechselnden Strukturen. Ca 10-35% von Aminosaeuren in prokaryotischen und 15-45% in eukaryotischen Proteinen fallen in diese Kategorie. Aufgrund der Abwesenheit von definierter Struktur ist NMR als einzige Technik in der Lage, solche Proteine mit atomarer Aufloesung zu charakterisieren. Mit NMR als Methode in 'Unstrukturierter Biologie' ist es moeglich, Regionen partieller oder restlicher Struktur in solchen Proteinen zu detektieren. Unter bestimmten Umstaenden koennen sich IPDs in Gegenwart eines Bindungspartners strukturieren, d.h. eine definierte Struktur annehmen. Einige Beispiele solcher Faelle wurden in diesem Projekt studiert, um zu erforschen in welchem Ausmass diese Struktur des Komplexes bereits in der freien Form angelegt ist. Aus diesen Beispielen konnte geschlossen werden, dass die NMR Observablen der freien Form bereits die Werte fuer die erwartete Struktur des Komplexes reflektieren, und deren Struktur teilweise bereits praeformiert ist