NMR Spektroskopie von Intrinsisch-Ungeordneten Proteinen

Proteine spielen in allen Organismen eine Schlüsselrolle, da sie als Katalysatoren für wichtige biochemische Reaktionen, als molekulare Gerüststrukturen, die für strukturelle Integrität sorgen, und als Knotenpunkte in Proteininteraktionsnetzwerken fungieren. Nach allgemeiner Auffassung hängen diese wichtigen Funktionen von der Existenz wohldefinierter dreidimensionaler Strukturen ab. Dieses konventionelle Struktur-Funktions-Paradigma der Strukturbiologie wurde jedoch durch die Entdeckung von intrinsisch ungeordneten Proteinen (IDPs) in Frage gestellt, d. h. von Proteinen, die keine stabil gefalteten Tertiärstrukturen aufweisen. Trotz ihrer enormen biologischen Relevanz sind detaillierte Studien ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften eine Herausforderung und erfordern einen geeigneten theoretischen Rahmen und Konzepte, um die subtile Interdependenz zwischen Proteinstruktur und -dynamik angemessen zu berücksichtigen. Die ausgeprägte strukturelle Flexibilität erfordert daher dieAnwendung geeigneter experimenteller Methoden,dadie Röntgenkristallographie nicht zur Bestimmung der Verteilung ihrer Konformationszustände verwendet werden kann. Obwohl sich die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) zu einer äußerst leistungsfähigen Technik für strukturelle und dynamische Untersuchungen von IDPs entwickelt hat, besteht nach wie vor Bedarf an einer Verbesserung der Technologie und einer weiterenmethodischen Entwicklung.Dies istdas Themades vorgeschlagenen Forschungsprojekts. Der Ansatz kombiniert Proteinbiochemie und NMR-Spektroskopie, um die strukturelle Dynamik von medizinisch relevanten IDP-Proteinkomplexen zu untersuchen. Konkret werden paramagnetische Sonden für die Spin-Relaxation kovalent an spezifische Stellen der interessierenden Proteine gebunden. Diese Sensoren werden anschließend verwendet, um die Konformationsensembles der IDPs und die Bedeutung ihrer elektrostatischen Eigenschaften für die Proteinkomplexbildung zu untersuchen. Die Anwendbarkeit dieser neuen Techniken wird anhand von zwei medizinisch wichtigenIDPsveranschaulicht, die für Entzündungsprozesse und die Tumorprogression relevant sind. Die Möglichkeit, die strukturellen Ensembles von IDPs zu bewerten, stellt einen bedeutenden Durchbruch dar und wird spannende neue Anwendungen in der Arzneimittelforschung ermöglichen.