Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2008

Einzelmoleküluntersuchungen zu der Dynamik der Chaperonin-unterstützten Proteinfaltung in Verbindung mit mikrofluidischen Kammern

Prof. Don C. Lamb
Ludwig-Maximilians-Universität München
Fakultät für Chemie und Pharmazie

Prof. Dr. Shimo Weiss
University of Southern California, Los Angeles
Department of Chemistry and Biochemistry

Chaperone sind in allen bekannten Organismen vorhanden und unterstützen im Cytosol der Zelle eine signifikante Anzahl von Proteinen bei der Faltung in deren natürlichen Zustand. Korrekte Faltung ist notwendig für die Funktionalität der Proteine, Fehlfaltungen wurden bei verschiedenen Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson beobachtet. Es wurde davon ausgegangen, dass Chaperonine (eine Unterklasse der Chaperone) nicht direkt am Faltungsprozess beteiligt sind, sondern eine geschützte Umgebung bieten, in der sich die neu gebildete Polypeptidkette ohne störende Interaktionen mit anderen Biomolekülen im Cytosol falten kann. Wir konnten kürzlich zeigen (Sharma et al, Cell 2008 133:142-153), dass das Chaperonin GroEL mit seinem Kofaktor GroES eine wesentlich aktivere Rolle in dem Faltungsprozess einnimmt. Die neu gebildete Polypeptidkette, die an GroEL bindet, wird vorübergehend gestreckt und dann in den Hohlraum von GroEL abgegeben, wo die Faltung kontrolliert stattfinden kann. Unsere Einzelmolekül-FRET-Messungen erlaubten uns, verschiedene Konformationen des an GroEL gebundenen Substrats zu unterscheiden. Um die Kinetik der verschiedenen an der Chaperonin-unterstützten Proteinfaltung beteiligten Subpopulationen unterscheiden zu können, werden wir Einzelmolekülmikroskopie und mikrofluidisches Mischen kombinieren.

Die Gruppe von Prof. Shimon Weiss an der University of California, Los Angeles hat kürzlich hydrodynamisches Fokussieren benutzt, um gleichzeitig einen schnellen Pufferaustausch und einen dünnen Probenstrahl, geeignet für Einzelmolekülexperimente, zu erreichen (Hamadani und Weiss Biophys J 2008 10.1529/biophysj.107.127431). Durch die Kombination mit unserem Einzelmolekülaufbau und dem Chaperoninsystem werden wir die Dynamik von einzelnen GroEL-Substrat-Komplexen bei der Zugabe von anderen beteiligten Molekülen wie GroES und ATP untersuchen können. Diese Experimente werden einen tieferen Einblick in den Ablauf der Chaperonin-unterstützten Proteinfaltung und die Wirkungsweise dieser komplexen Proteinfaltungsmaschinerie geben.