Proteins in Motion
Proteine sind wesentliche Bestandteile lebender Organismen mit vielfältigen Aufgaben und unterschiedlichsten Mechanismen. Die Wissenschaftler*Innen im CSS haben sich zum Ziel gesetzt, diese Mechanismen aufzuklären und zu verstehen.
Durch das Kombinieren der unterschiedlichen Techniken (MX, SAXS, Molekulares Modelling) ist es uns im CSS möglich, die Funktion von Proteinen zu untersuchen. Proteine ändern ihre räumliche Anordnung (Konformation) oder formen zusammen mit anderen Proteinen einen Komplex um ihre Funktion auszuüben. Wir können mit unseren Methoden einzelne Konformationsänderungen, Substratbindungen und auch Komplexbildungen analysieren und visualisieren und somit dazu beitragen, die Mechanismen der Proteine und ihrer Aktionspartner zu verstehen.
Wir haben hier die Bewegung von zwei verschiedenen Proteinen visualisiert, um unsere Arbeit zu verdeutlichen. Das Video „EctA in motion“ zeigt einen Teilschritt der Synthese eines Naturstoffes und „Pdr5 in motion“ zeigt den Transport-Mechanismus einer Efflux-Pumpe.
EctA in motion
Ectoin ist ein chemisches Chaperon und hat ein umfangreiches Anwendungsgebiet in der Kosmetik, Medizin und Biochemie. Der Mechanismus der Ectoin-Biosynthese ist jedoch noch nicht vollständig aufgeklärt. 2020 konnte das CSS dazu beitragen, den zweiten Schritt der Ectoin-Biosynthese, katalysiert durch die L-2,4-Diaminobutyrat-Acetyltransferase (EctA), aufzuklären. Im Video sieht man, wie zunächst EctA (blau) seine Konformation ändert um Acetyl-CoA (rot) zu binden. Nach erneuter Konformationsänderung kann dann das Substrat L-2,4-Diaminobutyrat (DAB, orange) gebunden und die Acetylgruppe auf das Substrat übertragen werden, wodurch die Ectoin-Vorstufe, das N-γ-Acetyl-L-2,4-diaminobutyrat (N-γ-ADABA, grün), entsteht.
Unsere Erkenntnisse geben detaillierte Einblicke in die Funktion des Enzyms und die Bildung der Ectoin-Vorstufe. Diese Informationen können genutzt werden um die biotechnologische Produktion dieses wertvollen chemischen Chaperons zu verbessern.
A.A. Richter et al. (2020), doi: 10.1074/jbc.RA119.011277
Pdr5 in motion
Nicht nur Antibiotika-Resistenzen entwickeln sich, sondern auch Schutzmechanismen gegen Antimykotika. Ein Beispiel hierfür ist der ABC-Transporter Pdr5, welcher dazu in der Lage ist eine breite Palette an Chemikalien zu transportieren und somit an multipler Arzneimittelresistenz beteiligt ist. In dem gezeigten Video ist zu erkennen, wie sich der gesamte Transporter mit Nukleotidbindedomäne (NBD, gelb), Transmembrandomäne (TMD, blau) und extrazellulärer Domäne (ECD, pink) einer Konformationsänderung unterzieht. Der Transportkanal ist zunächst nach Innen zur Zytoplasmaseite geöffnet (inward-facing). Durch eine peristaltische Bewegung des Transporters kann das Substrat durch den amphipathischen Kanal nach außen zur extrazellulären Seite transportiert werden (outward-facing). Der Querschnitt der Lösungsmittel-exkludierten Oberfläche ist in grau dargestellt.
Dieses Video erklärt die multiple Resistenzwirkung von Pdr5 und schafft eine Grundlage für die Entwicklung neuer antimykotischer Substanzen.
A. Harris et al. (2021), doi: 10.1038/s41467-021-25574-8.