NMR Untersuchungen von IDP Dynamik

Proteine erfüllen vielfältige Funktionen und sind essentielle Bestandteile lebender Organismen. Es wird allgemein angenommen, dass die dreidimensionale (3D-)Struktur die biologischen Funktionen von Proteinen bestimmt, da die einzigartige 3D-Anordnung unterschiedlicher chemischer Gruppen es dem Protein ermöglicht, an verschiedene Bindungspartner zu binden. Dieses Konzept wurde erstmals von Emil Fischer formuliert (Schloss-und-Schlüssel-Prinzip) und hat die biologische Forschung im 20. Jahrhundert dominiert. Der Gründungsmoment der Strukturbiologie war, als Max Perutz und John Kendrew die ersten Proteinstrukturen ermittelten. Die erhaltenen Proteinstrukturen lieferten erste Einblicke, wie Enzyme (Natures Robots, C. Tanford) ihre anspruchsvollen Aufgaben erfüllen und chemische Reaktionen unter physiologischen Bedingungen katalysieren. Die Strukturbiologie hat jüngst durch die Entwicklung neuer Algorithmen (künstliche Intelligenz, KI) zur Vorhersage von Proteinstrukturen einen weiteren enormen Schub erfahren. Trotz enormer Erfolge wurde das Konzept der statischen (starren) Proteinstrukturen mit der kürzlichen Identifizierung von intrinsisch ungeordneten Proteinen (IDPs) ernsthaft in Frage gestellt. Sie haben viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da IDPs im Gegensatz zu ihren stabil gefalteten Gegenstücken einen eher flexiblen Charakter aufweisen und zahlreiche unterschiedliche Strukturen ko-existieren. Die strukturelle Flexibilität verleiht IDPs ein enormes Potenzial, gleichzeitig mit mehreren Bindungspartnern zu interagieren und komplexe Proteininteraktionsnetzwerke aufrechtzuerhalten.Das Fehleneiner stabilen, starren dreidimensionalen Struktur erforderteine geeignete experimentelle Technik zur Untersuchungderdynamischen UmwandlungverschiedenerProteinstrukturen. Kernspinresonanz-spektroskopie (NMR) bietet einzigartige Möglichkeiten für strukturelle und dynamische Studien von IDPs und hat bereits einzigartige Einblicke in die Strukturensembles von IDPs in Lösung geliefert. Ziel des Forschungsprojekts ist die EntwicklungNMR-spektroskopischer Werkzeuge für strukturelle und dynamische Untersuchungen von intrinsisch fehlgeordneten Proteinen und ihren Komplexen. Wir planen, neuartige NMR-Techniken zu entwickeln, um die Zeitabhängigkeit räumlicher Beziehungen zwischen verschiedenen Teilen eines IDPs zu untersuchen. Obwohl in der Vergangenheit einige NMR-Experimente für das Proteinrückgrat entwickelt wurden, fehlen ähnliche Techniken für Proteinseitenketten. Das beabsichtigte Projekt wird diese technologische Lücke schließen und damit das Arsenal an Techniken zur Erforschung der Feinheiten dieser wichtigen Proteinfamilie erheblich erweitern. In einem ersten Beispiel werden wir diese Techniken auf eine extrazelluläre Matrix IDP Osteopontin anwenden, ein Zytokin, das für Entzündungsprozesse und Tumorprogression relevant ist. Das Projekt wird von Prof. Robert Konrat, Universität Wien, geleitet.