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Messungen von Peptid-Partitionierung

Viele biologische Prozesse beruhen auf Interaktion zwischen Zellmembranen und Polypeptiden, etwa Insertionen und Faltungen von Membranproteinen, Toxintransport durch die Membran und Aktivität antibiotischer Peptide.
Messungen von Peptid-Partitionierung
Bei Eukaryoten wie Bakterien und Menschen werden hydrophobe Peptide über eine Translokations-Maschinerie in die Lipiddoppelschichten transportiert und bilden stabile Transmembran (TM)-Helices. Der Mechanismus des Peptidtransfers in die Lipiddoppelschichten der Zellorganellen ist noch nicht hinreichend erforscht, da gelöste Peptidaggregationen genauere Messungen behindern.

Das EU-finanzierte Forschungsprojekt PEPTIDE PARTITIONING (Experimental measurement of the direct partitioning of peptides into lipid bilayers) befasste sich mit der quantitativen Ermittlung freier Energieänderungen während des Transports von Peptiden aus Wasser in die Lipiddoppelschichten. In Simulationsmodellen wurden einzelne TM-Helices direkt zu Membranen gefaltet.

Die Projektergebnisse liefern neue Einblicke in die Bildung und Struktur von Membranproteinen sowie deren Funktion. Verwendet werden hierfür experimentell validierte Simulationstechniken. Der computergestützte Ansatz könnte später auch für die Simulation dynamischer Proteinfaltungen zu komplexen mehrgliedrigen Membranproteinen verwendet werden.

PEPTIDE PARTITIONING entwickelten synthetische wasserlösliche membranassoziierte Peptide, um auf direktem Wege freie Energieänderungen mithilfe eines experimentellen Membraninsertions-Assays zu quantifizieren. Die Peptide wurden durch Modifikation von Insertionspeptiden mit (niedrigem) pH-Wert (pHLIPs) deriviert. Die Löslichkeit bei neutralem pH-Wert und Fähigkeit zur spontanen Insertion in Lipiddoppelschichten bei erniedrigtem pH-Wert erlaubte es, deren Veränderung freier Energie zu messen.

In computergestützten Analysen im atomaren Maßstab wurde die freie Faltung und Partitionierung aus und in Lipiddoppelschichten bei erweiterten Polypeptiden in wässriger Lösung dargestellt. Messungen von thermischen Veränderungen, Energiezuständen und Gleichgewichtsbedingungen stimmten, wie sich herausstellte, mit den experimentell ermittelten Ergebnissen überein. Die Ergebnisse wurden mittels Zirkulardichroismus-Spektroskopie und experimentellen Membraninsertions-Assay validiert.

Ein besseres Verständnis der TM-Proteindynamik fördert das computergestützte Design neuer Membranproteinfaltungen, was für den biomedizinischen und pharmazeutischen Sektor enorm von Bedeutung sein könnte, beispielsweise wenn es um innovative Therapieformen für Krebs-, neurologische und psychiatrische Erkrankungen geht.

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