Strukturaufklärung von Proteinkomplexen

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Technische Universität München

Helmholtz Zentrum München - Dt. Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH)

Ausblick

Das neue Verfahren ist generell anwendbar für die Strukturanalyse von Proteinkomplexen in Lösung, auch für solche, die ein hohes Molekulargewicht (> 50 kDa) haben oder aus mehreren Untereinheiten bestehen. Es können damit insbesondere biologische Regulationsmechanismen untersucht werden, bei denen schwache und kurzlebige Wechselwirkungen eine wichtige Rolle spielen. Proteine sind keine starren Strukturen, sondern beweglich, damit sie Reaktionspartner binden und wieder freisetzen können. Diese dynamischen Effekte spielen eine wichtige Rolle für die molekulare Erkennung vieler biologischer Prozesse. Im Gegensatz zum klassischen und weitgehend überholten Schlüssel-Schloss-Prinzip, in dem ein starrer Ligand (Schlüssel) an ein starres Protein (Schloss) bindet, erlaubt die Dynamik, dass sich sowohl Schlüssel als auch Schloss innerhalb bestimmter Grenzen aneinander anpassen können [6–8]. Dadurch kann dasselbe Protein Liganden unterschiedlicher Struktur erkennen und vice versa. Genau diese Eigenschaften lassen sich mit der NMR-Spektroskopie in Lösung hervorragend bestimmen. Das neue Verfahren ist für die Forschung von großem Nutzen: Die Charakterisierung der Struktur und Wechselwirkungen von Proteinen mit Bindungspartnern gibt Aufschluss darüber, wie Signalweiterleitungsprozesse in der Zelle ablaufen und Krankheiten entstehen und liefern damit eine Grundlage für die Entwicklung neuer Medikamente. Das Verfahren ist somit hochrelevant für die biomedizinische Grundlagenforschung, wie sie auch am Helmholtz-Zentrum München, Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, durchgeführt wird. Das neue Verfahren erweitert das Methodenspektrum der Strukturbiologie und trägt damit zum Verständnis molekularer Mechanismen der Krankheitsentstehung bei. Es werden außerdem wichtige neue Ansatzpunkte für die rationelle, strukturbasierte Entwicklung neuer Wirkstoffe im so genannten rational drug design gegeben.

Originalpublikation:

Simon B, Madl T, Mackereth CD, Nilges M, & Sattler M (2010) An efficient protocol for NMR-based structure determination of protein complexes in solution. Angewandte Chemie-International Edition.

Referenzen:

[1] Sprangers R & Kay LE (2007) Quantitative dynamics and binding studies of the 20S proteasome by NMR. (Translated from English) Nature 445(7128):618-622.

[2] Religa TL, Sprangers R, & Kay LE (2010) Dynamic regulation of archaeal proteasome gate opening as studied by TROSY NMR. (Translated from eng) Science 328(5974):98-102.

[3] Serber Z, et al. (2006) Investigating macromolecules inside cultured and injected cells by in-cell NMR spectroscopy. (Translated from eng) Nat Protoc 1(6):2701-2709.

[4] Inomata K, et al. (2009) High-resolution multi-dimensional NMR spectroscopy of proteins in human cells. (Translated from eng) Nature 458(7234):106-109.

[5] Simon B, Madl T, Mackereth CD, Nilges M, & Sattler M (2010) An efficient protocol for NMR-based structure determination of protein complexes in solution. Angewandte Chemie-International Edition.

[6] Zhang Q, Stelzer AC, Fisher CK, & Al-Hashimi HM (2007) Visualizing spatially correlated dynamics that directs RNA conformational transitions. (Translated from English) Nature 450(7173):1263-1267.

[7] Zhang Q, Sun XY, Watt ED, & Al-Hashimi HM (2006) Resolving the motional modes that code for RNA adaptation. (Translated from English) Science 311(5761):653-656.

[8] Lange OF, et al. (2008) Recognition dynamics up to microseconds revealed from an RDC-derived ubiquitin ensemble in solution. (Translated from English) Science 320(5882):1471-1475.

*Institute of Structural Biology, Helmholtz-Zentrum München, 85764 Neuherberg und Munich Center for Integrated Protein Science and Chair Biomolecular NMR, Department Chemie, Technische Universität München, 85747 Garching

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