Synaptic Vesicles Studied by Small-Angle X-Ray Scattering

Synaptische Vesikel untersucht mittels Kleinwinkel-Röntgenstreuung

by Simon Johannes Castorph
Doctoral thesis
Date of Examination:2010-06-14
Date of issue:2010-12-21
Advisor:Prof. Dr. Tim Salditt
Referee:Prof. Dr. Tim Salditt
Referee:Prof. Dr. Marcus Müller
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2935

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

The heterogeneous structure of synaptic vesicles isolated from rat brain is investigated considering solution small-angle x-ray scattering data in combination with data obtained by cryogenic electron microscopy, dynamic light scattering and biochemical analysis. Overall low resolution structural models of the entire functional synaptic vesicle are proposed, elucidating details on the density profile of the membrane, including contributions from the lipids and the proteins, as well as addressing the average conformation and overall lateral organization of proteins in micro-domains on the average synaptic vesicle under quasi-physiological conditions. Entropic contributions to free energy due to possible protein cluster formation and disintegration on the synaptic vesicle are investigated. Further, cell free fusion systems are characterized employing dynamic light scattering, and applicabilities of small-angle x-ray scattering are considered for investigating membrane fusion processes.
Keywords: form factor; small-angle x-ray scattering; SAXS; synaptic vesicles; structure; modeling

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Die heterogene Struktur von aus Rattenhirn isolierten Synaptischen Vesikeln wird untersucht mittels Daten aus Kleinwinkel-Röntgenstreuexperimenten unter Berücksichtigung von Daten erhalten durch cryogene Elektronenmikroskopie, dynamische Lichtstreuung und biochemische Analysen. Es werden niedrig aufgelöste Strukturmodelle des funktionellen Synaptischen Vesikels unter quasi-physiologischen Bedingungen vorgeschlagen. Details des Dichteprofils der Membran, einschließlich Beiträgen von Lipiden und Proteinen werden bestimmt. Die typische Konformation und die allgemeine laterale Organisation der Proteine in Mikrodomänen werden ermittelt. Entropische Beiträge zur freien Energie aufgrund möglicher Bildung und Auflösung der Proteinmikrodomänen auf dem Synaptischen Vesikel werden untersucht. Ferner werden zellfreie Fusionssysteme mittels dynamischer Lichtstreudaten charakterisiert und mögliche Anwendungen von Kleinwinkel-Röntgenstreuung für die Untersuchung von Membran-Fusionsprozessen erörtert.
Schlagwörter: Formfaktor; Kleinwinkel-Röntgenstreuung; Synaptische Vesikel; Struktur; Modellierung
 
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