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dc.contributor.advisor Kollmar, Martin PD Dr. de
dc.contributor.author Eckert, Christian de
dc.date.accessioned 2012-03-16T06:55:04Z de
dc.date.accessioned 2013-01-18T14:24:45Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:51:00Z de
dc.date.issued 2012-03-16 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B5D9-5 de
dc.description.abstract Bewegungsvorgänge in Zellen sind fundamentale Prozesse, ohne die intrazellulärer Material-Transport, Zellteilung oder Nahrungsaufnahme nicht möglich wären. Diese können auf zwei verschiedene Arten vermittelt werden. Einerseits durch Motorproteine wie Dynein, Kinesin und Myosin, die die in ATP gespeicherte chemische Energie in gerichtete Bewegung umsetzen, um beispielsweise Organellen entlang von Mikrotubuli- oder Aktinfilamenten zu transportieren. Zum anderen durch die Polymerisation von Aktin oder Tubulin zu polarisierten Filamenten, wodurch ebenfalls unter ATP-Verbrauch gerichtete Bewegung generiert wird. Hierfür ist die präzise Regulation der Filamente, z.B. des F-Aktins durch Aktin-bindende Proteine wie das Capping-Protein (CP), von zentraler Bedeutung. Der erste Teil dieser Arbeit fokussierte sich auf die strukturelle Charakterisierung der Schweren Kette (DHC) des Mikrotubuli-assoziierten Motorproteins Dynein von Mensch und Dictyostelium discoideum mittels Röntgenstrukturanalyse. Die DHC gehört mit einer molekularen Masse von ca. 520 kDa zu den größten Proteinen in eukaryotischen Zellen. Bedingt durch ihre Größe, konnte bisher nur ein kleiner Bereich der Schweren Kette in atomarer Auflösung beschrieben werden. Um Protein in für die Kristallisation ausreichenden Mengen zu erhalten, wurde die DHC systematisch in kleinere Abschnitte unterteilt und die Konstrukte im niederen Eukaryoten Dictyostelium discoideum exprimiert. Insgesamt gelang es, zahlreiche Teilbereiche der DHC in hoher Ausbeute zu produzieren. Für zwei Konstrukte, die jeweils entscheidende Domänen für die Krafterzeugung enthielten, konnten Kristalle erhalten werden. Allerdings beugten diese auch nach intensiven Optimierungsversuchen nur schwach und genügten daher nicht der atomaren Strukturaufklärung. Im zweiten Teil dieser Arbeit gelang es, mit bakteriell exprimiertem Cap32/34 von Dictyostelium discoideum zum ersten Mal die Kristallstruktur eines zytoplasmatischen Capping-Proteins aufzuklären. Die Struktur wurde bei einer Auflösung von 2.2 Å röntgenkristallographisch mit der Methode des Molekularen Ersatzes gelöst. Das Heterodimer zeigt eine pilzähnliche Struktur, bestehend aus einer stiel- und einer hutförmigen Komponente. Trotz einer nur geringen Sequenzidentität, besitzen die beiden Untereinheiten sehr ähnliche Sekundär- und Tertiärstrukturen, wodurch das Cap32/34 Molekül eine pseudo-zweifache Rotationssymmetrie besitzt. Vergleiche mit der Kristallstruktur von spezifisch im Muskelgewebe vorkommendem CP (GgCapZ) deckten zwei signifikante Unterschiede zwischen den Isoformen auf, deren Gesamtstrukturen sich als hoch konserviert herausstellten. Eine basische Loop-Region, die in Cap32/34 aufgrund stark ausgeprägter Flexibilität nicht in das Strukturmodell integriert werden konnte, liegt in GgCapZ hoch geordnet vor. Dies lässt vermuten, dass das Proteinsegment in Cap32/34 und potenziell in allen zytoplasmatischen Capping-Proteinen in die Interaktion mit negativ geladenen Bindungspartnern involviert ist. Mögliche Kandidaten wären F-Aktin und Phospholipide. Ferner zeigte der Strukturvergleich, dass sich die CP-Varianten in einer weiteren Schleifenregion deutlich unterscheiden, sowohl in struktureller Hinsicht als auch in Bezug auf die ihnen zugrunde liegenden Flexibilitätsgrade. In GgCapZ ist das Segment durch einen wesentlich höheren Temperaturfaktor charakterisiert und könnte aufgrund seiner Lösungsmittelzugänglichkeit an der Interaktion mit der Z-Scheibe des Sarkomers beteiligt sein, an der das Protein spezifisch lokalisiert ist. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso ger de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ de
dc.title Kristallographische Untersuchungen zur Schweren Kette von Dynein und dem Capping-Protein Cap32/34 de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Structural Characterization of the Dynein Heavy Chain and the F-actin Capping Protein Cap32/34 de
dc.contributor.referee Kollmar, Martin PD Dr. de
dc.date.examination 2011-12-22 de
dc.subject.dnb 570 Biowissenschaften de
dc.subject.dnb Biologie de
dc.description.abstracteng Intracellular movements are an essential prerequisite for material transport, cell division and food ingestion. They can be mediated through two different ways. Firstly, through motor proteins, like dynein, kinesin and myosin, which transform the energy stored in ATP into directed movement to, for instance, facilitate organelle transport along microtubule- and actin-filaments. Secondly, via ATP-dependent polymerization of actin and tubulin into polarized filaments and, thereby, generating directed movement. Therefore, the precise regulation of the cytoskeleton, for example, of F-actin through actin-binding proteins, such as capping protein (CP), is of central significance. The first part of this work focused on the structural characterization of the heavy chain of dynein (DHC), a microtubule-associated motor protein complex, from human and Dictyostelium discoideum by means of X-ray-crystallography. With a molecular mass of around 520 kDa, the DHC belongs to one of the largest proteins in eukaryotic cells. Due to its size, so far, only a small part of the DHC has been solved at atomic resolution. In order to obtain protein in amounts sufficient for structural studies, the DHC was systematically subdivided into smaller sections and the constructs were subsequently expressed in the lower eukaryote Dictyostelium discoideum. Altogether, numerous sections of the DHC could be produced in large amounts. For two constructs, each of which included domains essential for dynein force generation, crystals were obtained. However, although extensive optimization attempts were performed, the crystals diffracted to only low resolution and, thus, were not suitable for atomic structure solution. In the second part of this work, the crystal structure of Cap32/34 from Dictyostelium discoideum - the first high resolution structure of a cytoplasmic capping protein - is reported. The structure was solved at 2.2 Å via the method of molecular replacement. The heterodimer has the shape of a mushroom, comprising a stem and a cap. Despite sharing only low sequence-identity, the two subunits have very similar secondary- and tertiary-structures, resulting in a pseudo two-fold rotational axis of the Cap32/34 molecule. Comparisons with the crystal structure of muscle-specific CP (GgCapZ) revealed two marked differences between the isoforms, whose overall structures turned out to be strongly conserved. While a basic loop region could not be integrated into the structure of Cap32/34, due to a high degree of flexibility, the corresponding segment is highly ordered in GgCapZ. Therefore, it can be assumed that this part of the molecule might be involved in the interaction with negatively charged binding partners in Cap32/34 and possibly in every cytoplasmic capping protein. Possible candidates are F-actin and phospholipids. Moreover, the CP-variants greatly differ in another loop-region, not only in structural regard, but also in terms of flexibility. In GgCapZ, this segment is characterized by a substantially higher temperature factor, and - since it is solvent-exposed - it might be involved in the interaction with the Z-disc of the sarcomere, where the protein is specifically located at. de
dc.contributor.coReferee Morgenstern, Burkhard Prof. Dr. de
dc.contributor.thirdReferee Wahl, Markus Prof. Dr. de
dc.subject.topic Göttingen Graduate School for Neurosciences and Molecular Biosciences (GGNB) de
dc.subject.ger Motorproteine de
dc.subject.ger Dynein de
dc.subject.ger AAA-Proteine de
dc.subject.ger Aktin-bindende Proteine de
dc.subject.ger CapZ de
dc.subject.eng Motor proteins de
dc.subject.eng Dynein de
dc.subject.eng AAA-proteins de
dc.subject.eng actin binding proteins de
dc.subject.eng CapZ de
dc.subject.bk Naturwissenschaften allgemein de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3351-9 de
dc.identifier.purl webdoc-3351 de
dc.affiliation.institute Göttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften und molekulare Biowissenschaften (GGNB) de
dc.subject.gokfull Biologie de
dc.identifier.ppn 737897171 de

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