Konstruktion von Modellen zur Erforschung des SNARE vermittelten Membrandockings und Fusionsprozesses (SFB 803 - B05)

Membranfusion ist ein Schlüsselprozess in der Natur. Bei fast jeder Membranfusion werden hierfür spezielle für die Fusion notwendige Proteine (z.B. SNAREs) benötigt. Diese befinden sich in der Regel in entgegengesetzten Membranen und können durch spezifische Protein-Protein Wechselwirkungen die Membrane in räumliche Nähe bringen und anschließend die Fusion einleiten.
Aufgrund der hohen Komplexität wurden verschiedene Modelsysteme entwickelt die den natürlichen Prozess nachahmen.^[1] Der Vorteil dieser artifiziellen Modelsysteme ist die geringere Komplexität, leichte Modifizierbarkeit und leichtere Kontrolle des Fusionsprozesses.

Zur Aufklärung der SNARE vermittelten Membranfusion verwenden wir verschiedene artifizielle SNARE Analoga um unterschiedliche Abschnitte des Fusionsprozesses zu untersuchen. Zur Imitation der spezifischen Wechselwirkung von SNARE Proteinen verwenden wir verschiedene Systeme basierend auf PNA (Peptid Nukleinsäuren) und mit Coiled-Coil Sequenzen.^[2,3] Die artifiziellen Erkennungseinheiten sind mit natürlichen SNARE Linkern sowie Transmembrandomänen (TMD) verknüpft. Zusätzlich zur Erkennungseinheit befassen wir uns mit Transmembranankern,^[4] sowie dem Effekt der Linkerregion und Lipidzusammensetzung der Membran auf den Fusionsprozess.

Abb. 1: Artifizielle SNARE Modelle. (A) Auf PNA basierende Erkennungseinheit. (B) Coiled-Coil Erkennungseinheit.^[1]

Zur Untersuchung des Prozesses der Membranfusion wenden wir verschiedene Techniken und Analysemethoden an. Die Synthese der Peptide mittels Festphasenpeptidsynthese, Modifizierung von Peptiden und Aminosäuren, Herstellung von artifiziellen Vesikeln, Fusionsassays mittels des FRET Effekts, content mixing Experimente und andere biophysikalische Methoden.

Abb. 2: Vesikelfusion FRET dequeching assay.(A) Schematisches Funktionsprinzip. (B) Zeitaufnahme der Fusiogenität einer Vesikelfusion.

Das Projekt ist Teil des Sonderforschungsbereiches 803 (SFB 803, Collaborative Research Center) und wird in enger Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Reinhard Jahn am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen und Prof. Dr. Peter Jomo Walla (TU Braunschweig) bearbeitet.

[1] P. Kumar, S. Guha, U. Diederichsen, J. Pept. Sci. 2015, 21, 621.
[2] A. S. Lygina, K. Meyenberg, R. Jahn, U. Diederichsen, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8597.
[3] K. Meyenberg, A. S. Lygina, G. van den Bogaart, R. Jahn, U. Diederichsen, Chem. Commun. 2011, 47, 9405.
[4] J.-D. Wehland, A. S. Lygina, P. Kumar, S. Guha, B. E. Hubrich, R. Jahn, U. Diederichsen, Mol. Biosyst. 2016, 12, 2770.