Struktur der assemblierten bakteriellen 2D S-Schicht von SbsC

Surface Layers (S-Layers / S-Schichten) sind monomolekulare kristalline Anordnungen, die sich auf der Zelloberfläche vieler Bakterien und Archea befinden. Aufgrund ihrer Fähigkeit gleichmäßige, 2-D kristalline Strukturen mit Poren von definierter Größe und Form zu bilden, können S-Schicht Proteine in der Biotechnologie, Nanotechnologie und Biomimetik verwendet werden. Über die spezifische Funktion dieser Proteine ist nur sehr wenig Information vorhanden. Trotz ihrer biologischen Relevanz für die Funktionalität der prokaryotischen Zellen sind hochaufgelöste strukturelle Daten der S-Schicht Proteine nicht verfügbar. Mit Hilfe der Elektronenmikrospie (EM) und der "negative staining" Technik konnten 3D Rekonstruktionen von S-Schichten bis zur einer Auflösung von annähernd 17Ang bestimmt werden. Vor kurzem wurde die Projektions-elektronendichte-Map von S-layer protein SbpA mit 7Å Auflösung veröffentlicht, die mit Hilfe der "cryo-EM" Technik bestimmt wurde. Erst kürzlich haben wir die erste Struktur eines bakteriellen S-Schicht Proteins mit atomarer Auflösung aufgeklärt. Da S-Schicht Proteine die Tendenz zur Selbstanordnung in Form von 2D Kristallen besitzen, wurden N- and C- terminale Deletionsmutanten verwendet, um 3D Kristalle für die Strukturaufklärung zu erhalten. Die Strukturen der assemblierungs-defizienten Mutanten rSbsC (31-844) and rSbsC (31-443) (eines S-Schicht Proteins von Geobacillus stearothermophilus) zeigen eine neuartige Faltung, wobei mehrere Domänen über flexible Linker verbunden sind. Trotz dieser neuen Erkenntnisse gibt es noch keine Erklärung für die spontane Selbstorganization zu einem geordnetem 2D Gitter. Um die Struktur der Assemblirungs-Domänen aufzuklären haben wir verschiedene C- terminale Teile des SbsC-Proteins Kristallisiert und von einem der Konstrukte Kristalle erhalten, die bis 2.2 Å streuen. Ziel dieses Projektes ist die strukturelle Charakterisierung von 2D Kristallen des S-Layer Proteins SbsC durch Kombination von cryo-EM und Röntgenstrukturanalyse. Die Gesamtstruktur des assemblierten "full-length" SbsC Proteins wird durch 3D Rekonstruktionen der 2D Kristalle aufgeklärt werden. Mittels 3-D Rekonstruktionstechniken gewinnt man strukturelle Informationen des 2D Gitters bis zu einer Auflösung von ca. 8 Ang, was die Aufklärung der Domänenstruktur ermöglichen würde. Durch das Einfügen der atomar aufgelösten Röntgenstruktur in die Elektronendichte der 3D Rekonstruktion, werden detaillierte Erkenntnisse über Aufbau und die Assemblierung von 2D Gittern zugänglich.