Strukturelle und funktionelle Charakterisierung Ca²⁺-bindender Proteine

Ca²⁺-Effektorproteine werden strukturell nach dem Aufbau ihrer Ca²⁺-Bindungsstellen eingeteilt. Die beiden größten dieser Familien sind die EF-Hand Proteine, die Ca²⁺ über ein 'helix-loop-helix' Motiv, die sog. Typ I Ca²⁺-Bindungsstelle oder EF Hand, binden, und die Annexine, deren Typ II Bindungsstellen durch eine interhelikalen 'loop' und einen erst in der räumlichen Anordnung benachbarten Carboxylatrest gebildet werden. Im Bereich der EF-Hand Superfamilie beschäftigen wir uns mit verschiedenen Vertretern der kleinen dimeren S100 Proteine. Diese zeichnen sich durch zwei konsekutive Typ I Ca²⁺-Bindungsstellen aus und üben ihre Funktion wahrscheinlich vergleichbar dem Calmodulin über eine Ca²⁺-abhängige Bindung an und Regulation von zellulären Targetproteinen aus. Annexine können in Ca²⁺-regulierter Weise an zelluläre Membranen und das Aktin-Zytoskelett binden und fungieren wahrscheinlich als Vermittler von Membran/Membran- und/oder Membran/Zytoskelett-Interaktionen. Die strukturelle Charakterisierung der angesprochenen Proteine umfaßt biochemische, spektroskopische und in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen kristallographische und thermodynamische Analysen. Daneben stehen die Identifizierung von zellulärer Targets der S100 Proteine mittels biochemischer und genetischer Interaktionsanalysen und die Beschreibung der exakten Funktion verschiedener Annexine durch ektopische Expression dominant negativer Mutantenproteine und Inaktivierung der Gene ('knock-out') im Vordergrund. Im Berichtszeitraum gelang u.a. eine detaillierte strukturelle und biophysikalische Beschreibung von Annexin-Membran-Wechselwirkungen sowie die Charakterisierung der strukturellen Grundlage von Interaktionen zwischen S100 Proteinen und ihren Effektoren.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. V. Gerke (Leiter), M. Koltzscher, D. Osterloh, A. Rosengarth, R. Spenneberg

Veröffentlichungen:

Gerke, V.: S.E. Moss: Annexins and membrane dynamics. Biochim. Biophys. Acta 1357: 129-154 (1997)

Lambert, O., V. Gerke, M.F. Bader, F. Porte, A. Brisson: Structural analysis of junctions formed between lipid membranes and several annexins by cryo electron microscopy. J. Mol. Biol. 272: 42-55 (1997)

Hofmann, A., A. Escherich, A. Lewit-Bentley, J. Benz, C. Raguenes-Nicol, F. Russo-Marie, V. Gerke, L. Maroder, R. Huber: Interactions of benzodiazepine derivatives with annexins. J. Biol. Chem. 273: 2885-2894 (1998)

Osterloh, D., V.V. Ivanenkov, V. Gerke: Hydrophobic residues in the C-terminal extension of S100A1 are essential for target protein binding but not for dimerization. Cell Calcium 24: 137-151 (1998)

Osterloh, D., J. Wittbrodt, V. Gerke: Characterization and developmentally regulated expression of four annexins in the killifish medaka. DNA and Cell Biol. 17: 835-847 (1998)

Rosengarth, A., A. Wintergalen, H.-J. Galla, H.-J. Hinz, V. Gerke: Ca²⁺-independent interaction of annexin I with phospholipid monolayers. FEBS Lett. 438: 279-284 (1998)

Spenneberg, R., D. Osterloh, V. Gerke: Phospholipid vesicle binding and aggregation by four novel fish annexins are differently regulated by Ca²⁺. Biochim. Biophys. Acta 1448: 311-319 (1998)