Mechanismus und Energetik der Protein-Liganden und Protein-Membranen ; Wechselwirkung am Beispiel der Annexine

Informationstransfer und Regulationsphänomene in biologischen Systemen sind in vielen Fällen an direkte Protein-Liganden Wechselwirkungen gebunden. Die Effektivität der Signalübertragung hängt damit natürlich von der Stärke und der Geschwindigkeit der Komplexbildungsprozesse ab. Daraus ergibt sich die notwendige Folgerung, daß es zum Verständnis der Membranreaktionen unerläßlich ist, die Elementarprozesse der Protein-Ligandenwechselwirkung quantitativ zu charakterisieren. Wir haben uns für unsere Untersuchungen die weitverbreitete Klasse der Annexine ausgesucht. Diese Familie umfaßt eine Anzahl von strukturhomologen, Calcium-Ionen regulierten und Phospholipid-bindenden Proteinen, denen eine Reihe wichtiger Reaktionen mit Membranen zugeschrieben werden.Dazu gehören Beteiligung an Exo- und Endocytose sowie Mitwirkung bei der generellen Membranorganisation. Die typische Annexinstruktur ist durch eine stark konservierte Grundstruktur (Kerndomäne) und eine variable N-terminale Domäne gekennzeichnet. Die Kerndomäne setzt sich aus vier oder acht konservierten Sequenzen von ca. 70 Aminosäuren zusammen, die jede für sich fünf a-Helices definierter Struktur mit wohldefinierter relativer Lage zueinander bilden. Die Gesamtstruktur des Annexin Moleküls läßt sich als gekrümmte Scheibe beschreiben, deren konvexe Seite die Calzium Bindungsstellen besitzt. Mit dieser Seite erfolgt auch das Andocken an Membranen. Es ist ein interessantes Phänomen, daß die Annexine sich trotz dieser relativ starken Strukturverwandtschaft wesentlich in ihren biologischen Funktionen unterscheiden. Das ist nur möglich, wenn die funktionsrelevanten Wechselwirkungen mit Calzium-Ionen und Phospholipiden im Sinne eines "Fine Tuning" von geringen Mobilitäts- und Stabilitätsunterschieden der Proteine abhängen, die sich nicht mehr in der sichtbaren Röntgenstruktur widerspiegeln. Wir versuchen, diese Wechselwirkungen spektroskopisch und energetisch zu charakterisieren, um ein umfassendes Bild der molekularen Grundlagen dieser Prozesse zu gewinnen.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Hans-Jürgen Hinz, Dr. Anja Rosengarth, Dipl-.Biol. Jörg Rösgen, Prof. Dr. Volker Gerke

Veröffentlichungen:

A. Rosengarth, J. Rösgen, H.-J. Hinz* and V. Gerke: Stability and folding of the Ca2+/lipid-binding protein annexin I. JMB (1999) 288, 1013-1025