Winterstein, Laura-Marie (2019)
Einflüsse verschiedener Membranen auf die viralen Kaliumkanäle KcvNTS, KcvS und Kmpv12T.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Es ist seit langem bekannt, dass die Funktion von Membranproteinen nicht nur auf ihre eigene Struktur zurückzuführen ist, sondern auch durch die chemisch - physikalischen Eigenschaften der Membran moduliert wird. Am besten kann man solche Interaktionen an Ionenkanälen untersuchen, da sich Funktionsänderungen sogar an einzelnen Proteinen durch Änderung des elektrischen Stromes sehr einfach quantifizieren lassen. Es gibt Ionenkanäle wie Kir - Kanäle, die für ihre Funktion auf spezielle Membranlipide angewiesen sind und wiederum andere, dessen Funktion durch die Membran lediglich beeinflusst werden. Dabei spielen chemisch - physikalische Eigenschaften wie Membrandicke, lateraler Druck, Fluidität und die Eigenschaften der Lipidkopfgruppen eine große Rolle. Um die Auswirkungen von Membranen auf die Funktion von Ionenkanälen zu untersuchen wurden in dieser Arbeit virale Kaliumkanäle verwendet, die aufgrund ihrer minimalistischen Struktur gänzlich in eine Doppellipidmembran eingebettet sind und somit deren Eigenschaften komplett ausgesetzt sind. Bei den untersuchten Kaliumkanälen handelt es sich um zwei Kcv - Kanäle, KcvNTS und KcvS mit jeweils 82 AS pro Monomer und um Kmpv12T, dem bisher kleinsten bekannten Kaliumkanal mit nur 78 AS pro Monomer. Um die Funktion der drei Kanäle in verschiedenen artifiziellen Membranen zu untersuchen wurden die Planare Lipid Bilayer Methode, sowie die Contact Bubble Bilayer Methode verwendet. Um die korrekte Faltung der Kanalproteine zu gewährleisten wurden sie in Anwesenheit sogenannter Nanodisks exprimiert; kleinen Membranen, die von einem Gerüstprotein umschlossen sind. Diese Expressionsmethode wurde in der vorliegenden Arbeit auf die Anwendbarkeit in verschiedenen Messsystemen, auf verschiedene Ionenkanäle sowie auf die Eignung für anschließende Protein-Lipid-Interaktionsuntersuchungen getestet. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Offenwahrscheinlichkeit von KcvS durch monovalent anionische Lipide von 35% auf 90% erhöht wird. Durch nähere Analysen wurde festgestellt, dass dies durch eine Konformationsänderung des Proteins zustande kommt, die der einer Mutation an Position 77 (S77G) sehr ähnlich ist und die Funktion des inneren Gates beeinflusst. Dies lässt den Schluss zu, dass die Auswirkungen von Punktmutationen durch eine bestimmte Membranzusammensetzung aufgehoben werden können. In Zusammenarbeit mit der Universität Mailand wurde zudem festgestellt, dass KcvNTS in cholesterolhaltigen Membranen in der Lage ist sich seine Membranumgebung selbst zu schaffen, also die Bildung von Micro - Domänen wie Lipid - Rafts zu induzieren, indem er eine Cholesterolkonzentration von ungefähr 20 mol% um sich rekrutiert.

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