Orai-Protein-Interaktionen regulieren Orai-Ionenkanäle

Dieses Projekt Interaktionen zwischen und innerhalb von Orai Proteinen kontrollieren die Funktion von Orai-Ionenkanälen trägt dazu bei Wissen über die Regulation des Kalziumgehalts in der lebenden Zelle zu erweitern. Kalzium-Ionen sind an verschiedensten Prozessen in der lebenden Zelle beteiligt und kontrollieren unter anderem deren Wachstum, die Genexpression wie auch die Funktion des Immunsystems. Kalzium gelangt über Poren, den sogenannten Ionenkanälen, in die Zelle, unter welchen der Ca2+ release-activated Ca2+ (CRAC)-Ionenkanal von besonderer Bedeutung ist und in dieser Studie detailliert charakterisiert wird. Dieser Ionenkanal setzt sich aus zwei Schlüsselkomponenten: das STIM1- und das Orai-Protein zusammen. Defekte in einem der beiden Proteine kann für Krankheiten wie Fehlfunktionen des Immunsystems verantwortlich sein. Somit ist dieser Kalzium-Ionenkanal auch in der klinischen Forschung von großer Bedeutung. Das Hauptziel meiner hier präsentierten Studien ist bisher unbekannte Regulationsmechanismen aufzudecken, die an der Zusammensetzung wie auch der Aktivierung dieses CRAC-Ionenkanals beteiligt sind. Dieser Kalzium-Ionenkanal setzt sich aus sechs Orai-Proteinen zusammen, die aneinander koppeln um einen funktionellen, hexameren Komplex zu formen. Jedoch hierfür relevante Kopplungsstellen sind bisher unerforscht und werden in diesem Projekt aufgelöst. Des Weiteren sind die Mechanismen, die an der Aktivierung des CRAC-Ionenkanals beteiligt sind, nur zum Teil verstanden. Grundsätzlich, bewirkt ein Kopplung des STIM1-Proteins an den hexameren Orai-Komplex die Öffnung des Kalzium-Ionenkanals. Jedoch, wie das Aktivierungssignal der STIM1 Bindung an die Ionenkanal-Pore weitergeleitet wird, ist unklar. Wir vermuten basierend auf präsentierten Vorexperimenten wie auch publizierten Studien, dass die Öffnung des hexameren Orai-Komplexes nicht nur mit der Erweiterung der Kalzium-Pore, sondern einer Änderung seiner Gesamtstruktur einhergeht. Letzteres involviert möglicherweise eine Serie von Kopplungsstellen zwischen wie auch innerhalb von Orai Monomeren, welche im Rahmen dieses Projektes identifiziert werden. Zudem soll bestimmt werden wie sich das Aktivierungssignal im Orai Komplex in Richtung der Pore ausbreitet. Um die oben erwähnten Kopplungsstellen zu bestimmen werden eine Reihe von Techniken aus der Molekularen Biologie, Biochemie und Biophysik zur funktionellen und strukturellen Charakterisierung verwendet. Zusammenfassend, gewährt dieses Projekt fundamentale Einsichten in die molekularen Mechanismen, die die Formierung dieses Kalzium-Ionenkanal ausmachen. Außerdem werden Strukturänderungen die diese Kalzium-Pore vom geschlossenen in den offenen Zustand bringen, detailliert aufgelöst. Neue Erkenntnisse über diesen Ionenkanal bieten Angriffspunkte für die Entwicklung therapeutischer Behandlungen von Immunschwäche, Autoimmunerkrankungen oder Allergien.

Dieses Projekt "Interaktionen zwischen und innerhalb von Orai Proteinen kontrollieren die Funktion von Orai-Ionenkanälen" trägt dazu bei Wissen über die Regulation des Kalziumgehalts in der lebenden Zelle zu erweitern. Kalzium-Ionen sind an verschiedensten Prozessen in der lebenden Zelle beteiligt und kontrollieren unter anderem deren Wachstum, die Genexpression wie auch die Funktion des Immunsystems. Kalzium gelangt über Poren, den sogenannten Ionenkanälen, in die Zelle, unter welchen der Ca2+ release-activated Ca2+ (CRAC)-Ionenkanal von besonderer Bedeutung ist und in dieser Studie detailliert charakterisiert wird. Dieser Ionenkanal setzt sich aus zwei Schlüsselkomponenten: das STIM1- und das Orai-Protein zusammen. Defekte in einem der beiden Proteine kann für Krankheiten wie Fehlfunktionen des Immunsystems verantwortlich sein. Somit ist dieser Kalzium-Ionenkanal auch in der klinischen Forschung von großer Bedeutung. Das Hauptziel der Studien in diesem Projekt war es bisher unbekannte Regulationsmechanismen aufzudecken, die an der Zusammensetzung wie auch der Aktivierung dieses CRAC-Ionenkanals beteiligt sind. Wir konnten nachweisen, dass die Öffnung des CRAC-Porenkomplexes eine globale Konformationsänderung des gesamten Kanalkomplexes erfordert. Dies wird über eine Reihe von Kontrollstellen, welche in den verschiedenen Membranbereichen sitzen und im Rahmen dieses Projektes identifiziert wurden, kontrolliert. Zudem führte die Analyse von funktionell relevanten Wechselwirkungen innerhalb des Kanalkomplexes zur Anwendung einer derzeit aufstrebenden Methode der sogenannten "Erweiterung des genetischen Codes", die es ermöglicht dem Protein von Interesse auf Ebene seiner einzelnen Bausteine neue biophysikalische oder biochemische Eigenschaften zu verleihen. Die erfolgreiche Anwendung diese Methode eröffnete neue Wege zur besseren Charakterisierung der Struktur-Funktionsbeziehung von Ionenkanälen. Zusammenfassend, gewährt dieses Projekt fundamentale Einsichten in die molekularen Mechanismen, die Aktivierung dieses Kalzium-Ionenkanal ausmachen. Außerdem wurden Strukturänderungen, die diese Kalzium-Pore vom geschlossenen in den offenen Zustand bringen, aufgelöst. Diese neuen Erkenntnisse bieten Angriffspunkte für die Entwicklung therapeutischer Behandlungen von Immunschwäche, Autoimmunerkrankungen oder Allergien.