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Nanodiscs zum Studium von Membranproteinen

Nanodiscs sind selbstorganisierende Modellmembranen die an Lipoproteine hoher Dichte (HDL: „high density lipoprotein") erinnern. Sie bestehen aus einem kleinen Lipiddoppelschicht-Fragment sowie zwei Kopien eines amphipathischen Gerüstproteins (MSP: „membrane scaffold protein"). Letzteres schirmt den hydrophoben Rand des Membranfragmentes vom umgebenden Wasser ab. Unterschiedliche Gerüstproteine sind in Gebrauch, am häufigsten wird eine biochemisch produzierte Variante des humanen Apolipoprotein A-I verwendet. Eine umfassende Analyse und Optimierung von Nanodiscs erfolgte im Labor von undefinedStephen G. Sligar an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign, welcher die Technologie gefördert und verbreitet hat.

 

 Nanodisc aus ~130 Phospholipiden und zwei stark helikalen MSP1 Polypeptiden.

Nanodiscs ermöglichen die Solubilisierung von Membranproteinen in funktioneller Form und machen diese einer Reihe biophysikalischer Analysemethoden zugänglich, die bisher nur für lösliche Proteine Anwendung fanden.

 

Nanodiscs in Flüssigkeits-NMR Studien

Wir haben gezeigt, dass integrale Membranproteine in Nanodiscs mittels hochauflösender Flüssigkeits-NMR untersucht werden können. Ein Polypeptid, welches die Transmembran- und die zytoplasmatische Domäne des humanen CD4 enthält, wurde in Nanodiscs eingebaut. Zweidimensionale 1H, 13C HSQC NMR-Spektren zeigen Korrelationssignale sowohl des 13C-markierten CD4 als auch der Lipidmoleküle (natürliche 13C Häufigkeit).

1H, 13C HSQC Spektrum des CD4 Fragmentes in Nanodiscs. Protein- (schwarz) und Lipidsignale (grün) sind sichtbar. Ausgewählte Signale wurden vorläufig zugeordnet (rote Kästchen).

undefinedGlück et al. (2009) J Am Chem Soc 131: 12060-61

Nanodiscs in SPR Studien

In Nanodiscs verankerte integrale Membranproteine können als Analyt in Untersuchungen mit Oberflächenplasmonenresonanz (SPR: „surface plasmon resonance") eingesetzt werden. Wir bauten ein Fusionsprotein in Nanodiscs ein, welches die Transmembrandomäne von CD4 und die Sequenz des löslichen Proteins Ubiquitin enthält und ein N-terminales Decahistidin-Motiv trägt. Die Bindung des in Nanodiscs verankerten Fusionsproteins an immobilisierte, monoklonale Antihistidin-Antikörper wurde mit SPR Experimenten charakterisiert.

Im Einzelzyklusmodus gewonnene kinetische Daten reflektieren die Wechselwirkung immobilisierter PentaHis Antikörper mit Nanodisc-verankertem His-Ubi-CD4 bei zwei Oberflächenaktivitäten.

undefinedGlück et al. (2011) Analytical Biochemistry 408: 46-52

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