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Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von dem mitochondrialen Membranprotein Menschlicher Spannungsabhängiger Anionen Kanal (HVDAC) und dem Membranprotein bindenden Conotoxin Conkunitzin-S1 mit Flüssigphasen NMR

dc.contributor.advisorGriesinger, Christian Prof. Dr.de
dc.contributor.authorBayrhuber, Monikade
dc.date.accessioned2007-08-02T15:07:43Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T10:32:17Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:22Zde
dc.date.issued2007-08-02de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AC97-Fde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2036
dc.description.abstractDiese Doktorarbeit gibt Aufschluss über die Wechselwirkungen von Membranproteinen und ihren Liganden. Hierfür wurden zwei Modell-Systeme gewählt: als Membran Protein wurde der menschliche spannungsabhängige Anionen Kanal (HVDAC) gewählt, als Membran Protein Ligand das Toxin Conkunitzin-S1. HVDAC sitzt in der äußeren mitochondrialen Membran. Er ist hauptsächlich für den Metabolitenaustausch der Mitochondrien verantwortlich. Die Struktur des HVDAC wurde gemeinschaftlich mittels der NMR-Spektroskopie und der Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt. Dies ist das erste mal, das beide Methoden vereint wurden um eine de novo Protein Struktur zu lösen. Es ist die erste Struktur eines menschlichen, mitochondrialen Ionenkanals. HVDAC liegt als ?-Fass vor, das aus 18 ?-Strängen aufgebaut ist. Außerdem hat es eine N-terminale ?-Helix. Der N-terminale Teil, der bekannterweise für die Spannungsabhängigkeit verantwortlich ist, zeigt in Lösung eine gesteigerte Flexibilität. Der C-terminale Teil ist hauptsächlich für die Bindung von Interaktionspartnern verantwortlich. Das pro-apoptotische Protein Bid und das anti-apoptotische Protein Bcl-xL wie auch das Lanthanid Gadolinium konkurrieren um dieses Bindungsstelle. Das Antidepressivum Fluoxetin interagiert hauptsächlich mit der C-terminalen Schleife, während Interaktionsstellen von Nukleotiden über die ganze Sequenz verteilt sind. Conkunitzin-S1 (Conk-S1) ist ein 60-Reste großes Neurotoxin aus dem Gift der Kegelschnecke Conus striatus, das mit spannungsabhängigen Kaliumionen Kanälen interagiert. Conk-S1 hat Sequenzhomologien zu Kunitz-artigen Proteinen, besitzt aber nur zwei von den drei hochgradig konservierten Cysteinbrücken, die typischerweise in dieses kleinen, basischen Proteinen gefunden werden. In dieser Studie wurde die drei-dimensionale Struktur des Conk-S1 mit multidimensionaler NMR-Spektroskopie gelöst. Rekombinantes Conk-S1 zeigt eine Kunitz-Faltung, obwohl eine der drei hochkonservierten Disulfid-Quervernetzungen fehlt. Die Einführung der dritten, homologen Disulfidbrücke ergibt ein funktionales Toxin, mit gleicher Affinität zu dem Shaker K+ Kanal. Mutagenesestudien ergaben, dass Conk-S1 auf unterschiedlich Weise an Kaliumkanäle bindet als die strukturell homologen Dendrotoxine aus Schlangengiften. Die Affinität von Conk-S1 kann mit einer Mutation innerhalb der Shaker Kanalpore gesteigert werden. Dies zeigt die Interaktion des Conk-S1 mit dem Vestibulum des Kaliumkanals an.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleStrukturelle und funktionelle Charakterisierung von dem mitochondrialen Membranprotein Menschlicher Spannungsabhängiger Anionen Kanal (HVDAC) und dem Membranprotein bindenden Conotoxin Conkunitzin-S1 mit Flüssigphasen NMRde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedStructural and functional characterisation of the mitochondrial membrane protein human voltage-dependent anion channel (HVDAC) and the membrane protein-targeting Conotoxin Conkunitzin-S1 by solution NMRde
dc.contributor.refereeDiederichsen, Ulf Prof. Dr.de
dc.date.examination2007-06-26de
dc.subject.dnb540 Chemiede
dc.description.abstractengThis thesis sheds light on the mode of action of membrane proteins and their ligands. Two model systems were chosen: the membrane protein was the human voltage dependent anion channel (HVDAC) and the membrane protein targeting toxin was Conkunitzin-S1. HVDAC is located in the outer mitochondrial membrane. It is primarily responsible for metabolite flux of the mitochondria. The structure of HVDAC was determined conjointly by NMR-spectroscopy and X-ray crystallography. This is the first time that these methods were united to solve a de novo protein structure. It is the first structure of a human, mitochondrial ion channel. HVDAC adopts a ?-barrel fold composed of 18 ?-strands and it has an N-terminal ?-helix. The N-terminal part, which is known to contain the voltage-sensing domain, shows in solution an increased flexibility. The C-terminal part is mainly responsible for binding of interaction partners. The pro-apoptotic protein Bid and the anti-apoptotic protein Bcl-xL as well as the lanthanide Gadolinium compete for this site. The antidepressant fluoxetine interacts mainly with the C-terminal loop, while interaction sites of nucleotides are distributed over the whole sequence. Conkunitzin-S1 (Conk-S1) is a 60-residue neurotoxin from the venom of the cone snail Conus striatus that interacts with voltage-gated potassium channels. Conk-S1 shares sequence homology with Kunitz type proteins but contains only two out of the three highly conserved cysteine bridges, which are typically found in these small, basic protein modules. In this study the three-dimensional structure of Conk-S1 has been solved by multidimensional NMR spectroscopy. The solution structure of recombinant Conk-S1 shows that a Kunitz fold is present, even though one of the highly conserved disulfide crosslinks is missing. Introduction of a third, homologous disulfide bond into Conk-S1 results in a functional toxin with similar affinity for Shaker K+ channels. Scanning mutagenesis revealed, that Conk-S1 adopts a different mode of binding than the structurally homologous dendrotoxins from snake venom. The affinity of Conk-S1 can be enhanced by a pore mutation within the Shaker channel pore indicating an interaction of Conk-S1 with the vestibule of K+ channels.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerMembranproteinde
dc.subject.gerApoptosede
dc.subject.gerVDACde
dc.subject.gerConotoxinde
dc.subject.gerConk-S1de
dc.subject.gerNMRde
dc.subject.gerProtein Strukturaufklärungde
dc.subject.engmembrane proteinde
dc.subject.engapoptosisde
dc.subject.engVDACde
dc.subject.engconotoxinde
dc.subject.engConk-S1de
dc.subject.engNMRde
dc.subject.engprotein structure determinationde
dc.subject.bk35.25de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1543-5de
dc.identifier.purlwebdoc-1543de
dc.affiliation.instituteFakultät für Chemiede
dc.subject.gokfullSde
dc.identifier.ppn587184450de


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