pH-abhängige strukturelle Dynamik/Gating von HpUreI

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung ist mit Helicobactor pylori infiziert, einem Bakterium, das den Magenschleim oder die Magenschleimhaut besiedelt. Bei vielen Patienten führt die Infektion zu einer Gastritis oder einem Zwölffingerdarmgeschwür. Da die Standardtherapien mit der zunehmenden Antibiotikaresistenz zu kämpfen haben, sind andere Strategien zur Beseitigung von H. pylori für die Zukunft unerlässlich. Der Harnstoffkanal HpUreI von H. pylori, welcher sich in der inneren der beiden Membranen, die das Bakterium umgeben, befindet, stellt solch ein potenzielles Ziel für Medikamente dar. In der sauren Umgebung des Magens öffnet sich der Kanal und transportiert Magenharnstoff aus dem Bereich zwischen den beiden Membranen in das Zellinnere. Dort wird der Harnstoff mit Hilfe eines Enzyms, der Urease, in Ammoniak und Kohlendioxid gespalten. Diese beiden Stoffe wiederum neutralisieren das saure Milieu und schaffen so eine lebensfähige Mikroumgebung für den Erreger. Der Raum zwischen den beiden Membranen dient also als Pufferzone zwischen dem sauren Milieu des Magens und dem pH-neutralen Bakterieninneren. Dies funktioniert allerdings eben nur, solange HpUreI in seinem offenen Zustand Harnstoff transportieren kann. Um diese Lebensversicherung von H. pylori mit Medikamenten selektiv auszuschalten, ist es daher wichtig, sein Öffnungs- und Schließverhalten genau zu verstehen. Im Laufe des Projekts werden wir untersuchen, ob HpUreI während des Öffnens größere Konformationsänderungen erfährt und ob das Schließen des Kanals mit einem physischen Verschluss der Kanalpore einhergeht. Da HpUreI aus sechs identischen Untereinheiten besteht, die als Sechseck angeordnet sind, werden wir außerdem untersuchen, ob die Kanalöffnung gleichzeitig in allen sechs Untereinheiten stattfindet und die Beteiligung anderer Teile des Proteins und seiner Umgebung an diesem Prozess klären. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir das natürliche Protein, verschiedene Varianten, sowie ähnliche Proteine von anderen Bakterien Spezies, mittels zellbasierten Assays, High- End-Proteincharakterisierungstechniken und Molekulardynamiksimulationen untersuchen. Dies wird es uns ermöglichen, ein detailliertes mechanistisches Modell des Öffnungs- und Schließverhaltens des HpUreI-Kanals zu erhalten. Darüber hinaus werden wir die Dynamik und Kooperativität von HpUreI mit Videorateund Sub-Nanometer-Auflösung mitHilfe derHochgeschwindigkeits- Atomkraftmikroskopie erstmals sichtbar machen können. Das Projekt wird in Zusammenarbeit zwischen dem Projektleiter Assoc. Prof. Dr. Andreas Horner (Johannes Kepler Universität Linz), Co-Projektleiter Dr. Johannes Preiner (Fachhochschule Oberösterreich) und Dr. Daniele Narzi (Universität L`Aquila, Italien) durchgeführt.