Membran-gebundene Toxin-Antitoxin Systeme

Toxin-Antitoxin (TA) Systeme (auch killing sytems genannt) wurden auf einer Reihe von Plasmiden gefunden wie auch an bakteriellen Chromosomen. In Plasmiden garantieren sie die stabile Vererbung in einer Bakterienpopulation durch gezieltes Abtöten von Nachkommen in welchen das Plasmid nicht vererbt wurde. Chromosomale TA Systeme dienen vermutlich der Regulation der Protein und DNA Synthese in Stress Situationen durch Reduzierung der Translation und Replikation. Im präsentierten Projekt planen wir eine umfangreiche strukturelle Untersuchung einer Reihe kleiner membran- gebundener TA Komponenten mittels hochaufgelöster NMR Spektroskopie. Aufgrund der Unmöglichkeit diese Polypeptide zu kristallisieren gibt es derzeit keine strukturellen Informationen über membran-gebundene TA Systeme. Um die biologische Funktion zu verstehen ist nicht nur die Struktur sondern auch die Wechselwirkung mit Membranen oder membran-mimetischen Systemen wichtig. Wir werden Distanzen von Peptidkernen von der Mizelloberfläche bestimmen durch Relaxationsratenerhöhungen verursacht durch eine frei lösliche paramagnetisch Substanz. Diese Daten können dazu verwendet werden mittels der kürzlich von uns beschriebenen paramagnetischen Wellen die Orientierung helikaler Polypeptide zu bestimmen. Als Teil des Projektes werden wir auch paramagnetischer Relaxationsratenerhöhungen (PREs) benutzen um strukturell-charakterisierte Polypeptide in Mizellen zu positionieren und weiters die PREs als restraints zur eigentlichen Strukturbestimmung zu benutzen. Durch den Einsatz dieser PRE Daten kann die Anzahl notwendiger NOEs zur Strukturbestimmung deutlich reduziert werden. Vorexperimente zum Einsatz der PRE restraints zeigten deren enormes Potential. Um Mizellen mit optimaler Größe für NMR Untersuchungen einzusetzen synthetisierten wir eine Serie homologer deuterierter Phosphocholine. Neben der Entwicklung neuer Methoden wird das Projekt tiefere Einblicke über die Wirkungsweise membran- gebundener TA Systeme liefern, im speziellen auch über den möglichen Unterschiede zwischen plasmidischen und chromosomalen Modulen. Neben diesen fundamentalen biologischen Fragen spielen killing systems auch eine steigende Rolle in der Biotechnologie durch deren Einsatz zur Stabilisierung als Replikationsvektoren für rekombinante Systeme. Zusätzlich beinhalten strukturelle Untersuchungen an TA Systemen hohes Potential für das Design neuer Antibiotika und könnten einen neuen Weg öffnen Antibiotikaresistenzen zu bekämpfen. Letztere benutzen oft TA Systeme um deren Verweil in einer Bakterienpopulation zu sichern.

Toxin-Antitoxin (TA) Systeme (auch killing sytems genannt) wurden auf einer Reihe von Plasmiden gefunden wie auch an bakteriellen Chromosomen. In Plasmiden garantieren sie die stabile Vererbung in einer Bakterienpopulation durch gezieltes Abtöten von Nachkommen in welchen das Plasmid nicht vererbt wurde. Chromosomale TA Systeme dienen vermutlich der Regulation der Protein und DNA Synthese in Stress Situationen durch Reduzierung der Translation und Replikation. Im präsentierten Projekt planen wir eine umfangreiche strukturelle Untersuchung einer Reihe kleiner membran-gebundener TA Komponenten mittels hochaufgelöster NMR Spektroskopie. Aufgrund der Unmöglichkeit diese Polypeptide zu kristallisieren gibt es derzeit keine strukturellen Informationen über membran-gebundene TA Systeme. Um die biologische Funktion zu verstehen ist nicht nur die Struktur sondern auch die Wechselwirkung mit Membranen oder membran-mimetischen Systemen wichtig. Wir werden Distanzen von Peptidkernen von der Mizelloberfläche bestimmen durch Relaxationsratenerhöhungen verursacht durch eine frei lösliche paramagnetisch Substanz. Diese Daten können dazu verwendet werden mittels der kürzlich von uns beschriebenen paramagnetischen Wellen die Orientierung helikaler Polypeptide zu bestimmen. Als Teil des Projektes werden wir auch paramagnetischer Relaxationsratenerhöhungen (PREs) benutzen um strukturell-charakterisierte Polypeptide in Mizellen zu positionieren und weiters die PREs als restraints zur eigentlichen Strukturbestimmung zu benutzen. Durch den Einsatz dieser PRE Daten kann die Anzahl notwendiger NOEs zur Strukturbestimmung deutlich reduziert werden. Vorexperimente zum Einsatz der PRE restraints zeigten deren enormes Potential. Um Mizellen mit optimaler Größe für NMR Untersuchungen einzusetzen synthetisierten wir eine Serie homologer deuterierter Phosphocholine. Neben der Entwicklung neuer Methoden wird das Projekt tiefere Einblicke über die Wirkungsweise membran- gebundener TA Systeme liefern, im speziellen auch über den möglichen Unterschiede zwischen plasmidischen und chromosomalen Modulen. Neben diesen fundamentalen biologischen Fragen spielen killing systems auch eine steigende Rolle in der Biotechnologie durch deren Einsatz zur Stabilisierung als Replikationsvektoren für rekombinante Systeme. Zusätzlich beinhalten strukturelle Untersuchungen an TA Systemen hohes Potential für das Design neuer Antibiotika und könnten einen neuen Weg öffnen Antibiotikaresistenzen zu bekämpfen. Letztere benutzen oft TA Systeme um deren Verweil in einer Bakterienpopulation zu sichern.