Strukturbiologie von Proteinkomplexen

Das gegenständliche Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Strukturaufklärung biologisch wichtiger Proteine in Lösung mittels NMR Spektroskopie. Ziel des Projektes ist es, strukturelle Daten über Proteine zu erarbeiten, die für ein kontrolliertes Zellwachstum von entscheidender Bedeutung sind. Zentrales Thema ist das Myc Onkogen, dessen Fehlfunktion zu einem transformierten Zelltypus führt, der durch unkontrolliertes Wachstum und fehlende Differenzierung gekennzeichnet ist und somit die charakteristischen Eigenschaften einer Krebszelle zeigt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Klaus Bister am Institut für Biochemie der Universität Innsbruck haben wir vor kurzem begonnen, die räumliche Struktur von Proteinen aufzuklären, deren Konzentration (Expression) in durch das Myc-Onkogen transformierten Zellen entscheidend verändert ist. Die bisher aufgeklärten Proteine CRP2 und Q83 besitzen charakteristische Strukturmotive, sogenannte LIM Domänen bzw. Lipocalin- Topology. In diesem Projekt ist geplant, aus den Bindungspartnern, sei es weitere Proteine oder auch niedermolekulare Liganden, die Wirkungsweise dieser Proteine zu entschlüsseln. Erste Hinweise auf die Wirkungsweises des CRP2 Proteins ergaben sich durch biochemische Untersuchungen gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Prof.Bister, in denen wir zeigen konnten, dass das CRP2-Protein einen gemeinsamen Bindungspartner (EB1) mit dem APC Protein besitzt. Die Signifikanz und auch Relevanz dieser Proteinaffinitäten begründet sich durch die Tatsache, dass Mutationen des APC Proteins zu den häufigsten Ursachen des Dickdarmkarzinoms bei Erwachsenen zählt. Eine genaue Charakterisierung, die ein Ziel der Untersuchungen ist, des CRP2-EB1 Proteinkomplexes wäre ein wichtiger erster Schritt zur Funktionsaufklärung mit möglicherweise pharmazeutischen Implikationen in der Zukunft. Der zweite Themenbereich des Projektes befaßt sich mit den Bindungseigenschaften des Myc-Targets Q83. Es konnte bereits, in einer exploratorischen Phase des Projektes, gezeigt werden, daß Q83 niedermolekulare Liganden wie Arachidonsäure mit hoher Affinität und spezifisch bindet. Die geplanten Studien dienen der Identifizierung der Ligandenselektivität und der Aufklärung des Bindungsmodus, und wären daher ein wichtiger Ausgangspunkt für ein rationales Design von modifizierten Liganden mit maßgeschneiderter Selektivität für potentielle diagnostische Anwendungen. Der dritte Themenkreis umfaßt das zentrale Motiv der strukturbiologischen Arbeiten, nämlich das Proteinprodukt des Onkogens Myc. In diesem Projekt soll erstmals die räumliche Struktur des authentischen und transkriptionsaktiven Proteinkomplexes bestehend aus Myc und seinem Bindungspartner Max erarbeitet werden. Dies wäre von eminenter Bedeutung für ein Verstehen dieses für ein kontrolliertes Zellwachstum so bedeutsamen Regulationsschrittes.

Das gegenständliche Forschungsprojekt beschäftigte sich mit der Strukturaufklärung biologisch wichtiger Proteine in Lösung mittels NMR Spektroskopie. Zentrales Thema und Ausgangspunkt war das Myc Onkogen, dessen Fehlfunktion zu einem transformierten Zelltypus führt, der durch unkontrolliertes Wachstum und fehlende Differenzierung gekennzeichnet ist und somit die charakteristischen Eigenschaften einer Krebszelle zeigt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Klaus Bister am Institut für Biochemie der Universität Innsbruck wurden die räumlichen Strukturen von Proteinen aufgeklärt, deren Konzentrationen (Expression) in durch das Myc- Onkogen transformierten Zellen entscheidend verändert sind. Eines der untersuchten Proteine war das CRP2 Protein. Erste Hinweise auf die Wirkungsweises des CRP2 Proteins ergaben sich durch biochemische Untersuchungen gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Prof.Bister, in denen gezeigt wurde, dass das CRP2-Protein einen gemeinsamen Bindungspartner (EB1) mit dem APC Protein besitzt. Die Signifikanz und auch Relevanz dieser Proteinaffinitäten begründet sich durch die Tatsache, dass Mutationen des APC Proteins zu den häufigsten Ursachen des Dickdarmkarzinoms bei Erwachsenen zählen. Im Rahmen dieses Proiektes wurden nun sowohl die Strukturen der Einzelproteine als auch die Struktur des Proteinkomplexes mit atomarer Auflösung bestimmt. Dabei ergab sich die interessante Beobachtung, dass die beiden Proteine einen transienten Komplex bilden, der dennoch signifikante Interaktionsspezifitäten zeigt und auch erklärt, warum homologe Protein keine Bindung ergeben. Diese Untersuchungen stellen somit einen wichtigen ersten Schritt dar zur Funktionsaufklärung mit möglicherweise pharmazeutischen Implikationen in der Zukunft. Der zweite Themenkreis umfaßte das zentrale Motiv der strukturbiologischen Arbeiten, das Proteinprodukt des Onkogens Myc. In diesem Projekt konnte erstmals die räumliche Struktur des authentischen und transkriptionsaktiven Proteinkomplexes bestehend aus Myc und seinem Bindungspartner Max erarbeitet werden. Durch weiterführende biophysikalische Experimente konnte gezeigt werden, dass dieser Proteinkomplex ungewöhnliche dielektrische Eigenschaften besitzt, die zu einem quasi- antiferromagnetischen Verhalten (antiparallele Orientierung) in Lösung führt. Die genaue Kenntnis der dreidimensionalen Struktur und der daraus resultierenden charakteristischen dielektrischen Eigenschaften erlaubt nunmehr ein besseres Verstehen dieses für ein kontrolliertes Zellwachstum so bedeutsamen Regulationsschrittes.