Zuverlässige Messung von intrinsisch ungeordneten Proteinen

 Überprüfung eines intrinsisch ungeordneten Proteins: "Re" ist die Höhe, "Rg" ist die Gesamtgröße.

 Überprüfung eines intrinsisch ungeordneten Proteins: "Re" ist die Höhe, "Rg" ist die Gesamtgröße. Credit: Abb./©: Miao Yu

Forschende präsentieren neuen Ansatz zur Bestimmung der Form eines ungeordneten Proteins auf zwei verschiedene Arten an derselben Probe

Proteine sind elementar für unsere Körperfunktionen: Tausende verschiedene Proteine übernehmen ganz unterschiedliche Aufgaben. Während einige Komponenten unserer Körperzellen bilden, kurbeln andere als Enzyme elementare Stoffwechselprozesse an, dienen als Hormone oder helfen dem Immunsystem in Form von Antikörpern bei seiner Arbeit. Vereinfacht gesagt kann man sich Proteine als lange Ketten von Aminosäuren vorstellen, die sich zu verschiedenen dreidimensionalen Strukturen organisieren. So gibt es etwa die Alpha-Helix sowie das Beta-Faltblatt. Diese Strukturen beeinflussen, wie die Proteine mit anderen Proteinen interagieren und welche Funktionen sie übernehmen. Doch sind nicht alle Proteine derart geordnet: Etwa 30 Prozent liegen in einem ungeordneten Zustand vor. Schwer zu sagen, in welchem Maße sich diese Proteine zusammenknäueln oder wie sehr sie sich in der Umgebung – also in wässriger, zellähnlicher Lösung – ausstrecken. Doch ist dies elementar für ihr Verhalten: Je kleiner die Proteine sich zusammenziehen, wenn sie alleine in wässriger Lösung schwimmen, desto leichter bilden sie Klumpen, wenn mehrere Proteine vorhanden sind.

Aggregation von Proteinen ist der erste Schritt zur Bildung von Plaques im Gehirn

Die intrinsisch ungeordneten Proteine können vielfach Amyloid-Formationen annehmen. Verklumpen diese Proteine im Gehirn, entstehen Ablagerungen, auch Plaques genannt, die das Risiko für die Entwicklung von Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen erhöhen. Biophysiker interessieren sich daher sehr für die Größe von Proteinen in Lösung. „Das Potenzial einer neurodegenerativen Krankheit liegt in diesem Ur-Parameter, schließlich lässt sich aus ihm das Aggregationspotenzial ablesen. Und die Aggregation ist ein essenzieller Schritt zur Bildung der Plaques“, sagt Prof. Dr. Edward A. Lemke vom Institut für Molekulare Physiologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und Adjunct Director am Institut für Molekulare Biologie (IMB). Die Krux: Es gibt zwei Methoden, diesen Ur-Parameter zu messen – doch kommen diese zu widersprüchlichen Ergebnissen. Über die Fluoreszenzmethode lässt sich die End-to-end-Distanz messen, also der Abstand von einem Ende der Proteinkette zum anderen. Die Röntgenkleinwinkelstreuung dagegen analysiert die Größe des Knäuels, Experten sprechen vom „Radius of Gyration“. „Zwar dienen beide Ergebnisse als Basis für Vorhersagen, dennoch ist dieser Ur-Parameter durch die Nichtvereinbarkeit der Messergebnisse Gegenstand der Diskussion“, erläutert Dr. Dmitri Svergun, ehemaliger Gruppenleiter des EMBL Hamburg.

Neuer Streuungsansatz: Radius of Gyration und End-to-end-Distance an der gleichen Probe

Dieses Dilemma konnten die Forschenden durch eine Kombination von Chemischer Biologie und Streumethoden lösen. Sie haben eine Markierungsmethode mit der Anomalen Streuung kombiniert, sodass man die Knäuelgröße ebenso messen kann wie die End-to-end-Distanz – und das an der gleichen Probe. „Auf diese Weise bekommen wir aus einer Untersuchungsmethode zwei Parameter und können analysieren, wie diese beiden Größen voneinander abhängen“, erklärt Lemke. Im Jahr 2017 konnten die Forschenden bereits beide Parameter messen, doch waren da noch zwei verschiedene Proben nötig. Nun haben sich die Parameter erstmalig auch am gleichen Sample messen lassen.

Weiterführende Links:

  1. https://www.bio.uni-mainz.de/fachbereich/institute/imp/ – Institut für Molekulare Physiologie am Fachbereich Biologie der JGU
  2. https://www.bio.uni-mainz.de/ – Fachbereich Biologie der JGU
  3. https://www.imb.de/ – Institut für Molekulare Biologie (IMB)
  4. https://crc1551.com/ – SFB 1551 „Polymerkonzepte zum Verstehen zellulärer Funktionen“

Lesen Sie mehr:

  1. https://presse.uni-mainz.de/edward-lemke-zum-fellow-der-biophysical-society-ernannt/ – Pressemitteilung „Edward Lemke zum Fellow der Biophysical Society ernannt“ (26.09.2024)
  2. https://presse.uni-mainz.de/neues-verstaendnis-von-altern-und-krankheitsrisiko-mithilfe-der-proteinaggregationsuhr/ – Pressemitteilung „Neues Verständnis von Altern und Krankheitsrisiko mithilfe der Proteinaggregationsuhr“ (07.06.2024)
  3. https://presse.uni-mainz.de/neues-zentrum-fuer-synthetische-genomik/ – Pressemitteilung „Neues Zentrum für Synthetische Genomik“ (05.03.2024)
  4. https://presse.uni-mainz.de/wie-zappelnde-spaghetti-das-erbgut-schuetzen/ – Pressemitteilung „Wie zappelnde Spaghetti das Erbgut schützen“ (27.04.2023)
  5. https://presse.uni-mainz.de/zellfunktionen-verstehen-neuer-sonderforschungsbereich-verbindet-lebenswissenschaften-und-polymerforschung/ – Pressemitteilung „Zellfunktionen verstehen: Neuer Sonderforschungsbereich verbindet Lebenswissenschaften und Polymerforschung“ (25.11.2022)
  6. https://presse.uni-mainz.de/edward-lemke-in-europaeische-wissenschaftsorganisation-embo-aufgenommen/ – Pressemitteilung „Edward Lemke in europäische Wissenschaftsorganisation EMBO aufgenommen“ (25.07.2022)
  7. https://presse.uni-mainz.de/edward-lemke-erhaelt-foerderung-der-volkswagenstiftung-fuer-die-rekonstruktion-zellulaerer-prozesse-in-neuen-organellen/ – Pressemitteilung „Edward Lemke erhält Förderung der VolkswagenStiftung für die Rekonstruktion zellulärer Prozesse in neuen Organellen“ (01.09.2021)
  8. https://presse.uni-mainz.de/neue-zell-funktionalitaeten-in-duennen-schichten-entwickeln/ – Pressemitteilung „Neue Zell-Funktionalitäten in dünnen Schichten entwickeln“ (25.08.2021)
  9. https://presse.uni-mainz.de/grosse-molekuele-brauchen-mehr-helfer-fuer-ihren-transport-durch-die-kernpore-in-den-zellkern/ – Pressemitteilung „Große Moleküle brauchen mehr Helfer für ihren Transport durch die Kernpore in den Zellkern“ (30.07.2020)
  10. https://presse.uni-mainz.de/erc-advanced-grant-fuer-edward-lemke-zur-herstellung-von-designer-organellen-in-zellen/ – Pressemitteilung „ERC Advanced Grant für Edward Lemke zur Herstellung von Designer-Organellen in Zellen“ (09.04.2020)
  11. https://presse.uni-mainz.de/designer-organellen-in-zellen-stellen-kuenstliche-proteine-her/ – Pressemitteilung „Designer-Organellen in Zellen stellen künstliche Proteine her“ (29.03.2019)
  12. https://www.magazin.uni-mainz.de/flexible-proteine-geben-raetsel-auf/ – JGU-Magazin: „Flexible Proteine geben Rätsel auf“ (15. Mai 2018)
  13. https://presse.uni-mainz.de/neues-dfg-schwerpunktprogramm-bringt-licht-ins-dunkle-proteom/ – Pressemitteilung „Neues DFG-Schwerpunktprogramm bringt Licht in das Dunkle Proteom“ (09.05.2018)

Original Publication
Miao Yu, Andrey Yu. Gruzinov, Hao Ruan, Tom Scheidt, Aritra Chowdhury, Sabrina Giofrè, Ahmed S. A. Mohammed, Joana Caria, Paul F. Sauter, Dmitri I. Svergun, Edward A. Lemke
Journal: Proceedings of the National Academy of Sciences
Article Title: A genetically encoded anomalous SAXS ruler to probe the dimensions of intrinsically disordered proteins
Article Publication Date: 6-Dec-2024
DOI: 10.1073/pnas.2415220121

Media Contact
Kathrin Voigt
Johannes Gutenberg University Mainz
kathrin.voigt@uni-mainz.de
Office: +49 6131 39-27008

Expert Contact
Professor Dr. Edward Lemke
Johannes Gutenberg University Mainz — Institute of Molecular Physiology (IMP)
edlemke@uni-mainz.de
Office: +49 6131 39-36118

Original Source: https://press.uni-mainz.de/reliable-analysis-of-intrinsically-disordered-proteins/

Source: EurekAlert!

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