Dipolare Kopplungen in der Biomolekularen NMR Spektroskopie

Ziel dieses Projekts ist es, neue auf dipolaren Kopplungen basierende NMR Methodik zum Studium von biologischen Makromolekuelen zu entwickeln und zu implementieren. Dipolare Kopplungen koennen an Proteinen in orientierten Phasen, z.B. verduennten Fluessigkristallen, beobachtet weden. Es wurde bereits gezeigt, dass dipolare Kopplungen praezise strukturelle Information beinhalten und bei der Bestimmung von hoch aufgeloesten Proteinstrukturen von grossem Nutzen sind. Dipolare Kopplungen sind besonders geeignet, subtile Aenderungen der Tertiaer- und Quartaerstruktur eines Proteins im Zuge eines Bindungsprozesses oder -gleichgewichts praezise zu detektieren, was bisher eine Schwaeche von konventioneller NMR Strukturaufklaerung war. Es ist geplant, diese Technik zum Studium der Homologiedomaene eines S-Schicht Proteins anzuwenden (SbsB of Geobacillus stearothermophilus PV72/p2), das eine Hauptkomponente von dessen bakteriellen Zellwaenden darstellt. Wegen ihrer Faehigkeit, spontan auf Oberflaechen zu assemblieren, sind S-Schicht Proteine von grossem Interesse in der Biotechnologie. Die Funktion dieser sogenannten SLH Domaene ist, das S-Schicht Protein am bakteriellen sekundaeren Zellwandpolymer (SCWP), dessen Hauptbestandteil eine Kohlehydratmatrix ist, zu verankern. Um diesen Bindungsprozess im Detail zu charakterisieren, soll unter Verwendung von dipolaren Kopplungen eine hochaufgeloeste Struktur sowohl des apo- als auch des holo-Proteins mit einem vereinfachten synthetischen Liganden bestimmt werden. Mit diesem hochaufgeloesten Modell koennen dann die Art der Bindung und deren Spezivitaet auf molekularer Ebene verstanden werden. Ueber die Verwendung zur Strukturverfeinerung hinaus enthalten dipolare Kopplungen auch hinreichend strukturelle Information, um alleine eine Proteinstruktur de-novo zu bestimmen. Moegliche Ansaetze benutzen diploare Kopplungen, um Datenbanken von Proteinstrukturen nach homologen (sub-) Strukturen zu durchsuchen, die zu einem Proteinmodell zusammengefuegt werden koenne. Eine ernsthafte Limitierung war bisher, dass dazu sehr vollstaendige Datensaetze von dipolaren Kopplungen (bis zu fuenf Kopplungen pro Aminosaeurerest) benoetigt waren. Daher ist geplant, im Zuge dieses Projekts die Information von dipolaren Kopplungen mit Strukturvorhersagen aus der Bioinformatik zu kombinieren, um diese Vorhersagen schnell zu verifizieren und generell den Prozess der Strukturbestimmung durch NMR zu beschleunigen.

Ziel dieses Projekts ist es, neue auf dipolaren Kopplungen basierende NMR Methodik zum Studium von biologischen Makromolekuelen zu entwickeln und zu implementieren. Dipolare Kopplungen koennen an Proteinen in orientierten Phasen, z.B. verduennten Fluessigkristallen, beobachtet weden. Es wurde bereits gezeigt, dass dipolare Kopplungen praezise strukturelle Information beinhalten und bei der Bestimmung von hoch aufgeloesten Proteinstrukturen von grossem Nutzen sind. Dipolare Kopplungen sind besonders geeignet, subtile Aenderungen der Tertiaer- und Quartaerstruktur eines Proteins im Zuge eines Bindungsprozesses oder -gleichgewichts praezise zu detektieren, was bisher eine Schwaeche von konventioneller NMR Strukturaufklaerung war. Es ist geplant, diese Technik zum Studium der Homologiedomaene eines S-Schicht Proteins anzuwenden (SbsB of Geobacillus stearothermophilus PV72/p2), das eine Hauptkomponente von dessen bakteriellen Zellwaenden darstellt. Wegen ihrer Faehigkeit, spontan auf Oberflaechen zu assemblieren, sind S-Schicht Proteine von grossem Interesse in der Biotechnologie. Die Funktion dieser sogenannten SLH Domaene ist, das S-Schicht Protein am bakteriellen sekundaeren Zellwandpolymer (SCWP), dessen Hauptbestandteil eine Kohlehydratmatrix ist, zu verankern. Um diesen Bindungsprozess im Detail zu charakterisieren, soll unter Verwendung von dipolaren Kopplungen eine hochaufgeloeste Struktur sowohl des apo- als auch des holo-Proteins mit einem vereinfachten synthetischen Liganden bestimmt werden. Mit diesem hochaufgeloesten Modell koennen dann die Art der Bindung und deren Spezivitaet auf molekularer Ebene verstanden werden. Ueber die Verwendung zur Strukturverfeinerung hinaus enthalten dipolare Kopplungen auch hinreichend strukturelle Information, um alleine eine Proteinstruktur de-novo zu bestimmen. Moegliche Ansaetze benutzen diploare Kopplungen, um Datenbanken von Proteinstrukturen nach homologen (sub-) Strukturen zu durchsuchen, die zu einem Proteinmodell zusammengefuegt werden koenne. Eine ernsthafte Limitierung war bisher, dass dazu sehr vollstaendige Datensaetze von dipolaren Kopplungen (bis zu fuenf Kopplungen pro Aminosaeurerest) benoetigt waren. Daher ist geplant, im Zuge dieses Projekts die Information von dipolaren Kopplungen mit Strukturvorhersagen aus der Bioinformatik zu kombinieren, um diese Vorhersagen schnell zu verifizieren und generell den Prozess der Strukturbestimmung durch NMR zu beschleunigen.