dc.contributor.advisor | Steinem, Claudia Prof. Dr. | |
dc.contributor.author | Gleisner, Martin | |
dc.date.accessioned | 2016-09-01T08:35:25Z | |
dc.date.available | 2016-09-01T08:35:25Z | |
dc.date.issued | 2016-09-01 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0028-8821-2 | |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-5840 | |
dc.description.abstract | Proteine formen während der Endozytose planare Membranen
zu gekrümmten Vesikeln um. Im ersten Schritt dieses Prozesses bindet das Protein
Epsin an das Rezeptorlipid Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP<sub>2</sub>) und ein
vorher ungeordneter Bereich am N-Terminus von Epsin, die <i>epsin N-terminal
homology domain</i> (ENTH), bildet eine α-Helix, welche in die Membran insertiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wechselwirkung von ENTH mit PIP<sub>2</sub>-haltigen
Lipiddoppelschichten unter Verwendung von <i>bottom up</i> Modellsystemen charakterisiert.
Die Affinität von ENTH zu PIP<sub>2</sub> wurde für verschiedene Lipidzusammensetzungen
und Membrangeometrien untersucht, wobei unabhängig von
Lipidzusammensetzung und Membrantopologie ähnliche Bindungskonstanten
im hohen nanomolaren Bereich bestimmt wurden.
Ausgestülpte porenüberspannende Membranen wurden als Modellsystem etabliert,
um die Fähigkeit von ENTH zur Membrankrümmung als Funktion der Lipidzusammensetzung
zu charakterisieren. Die Höhe der ausgestülpten Membranen ist
durch die laterale Spannung begrenzt. Verursacht durch Insertion der ENTH Helix
wuchsen Membranen mit einem hohen Flächenkompressionsmodul. Im Gegensatz
dazu rissen Membranen mit einem niedrigen Flächenkompressionsmodul durch
die ENTH induzierte Bildung von Membrandefekten.
Entgegen der Eigenschaft von ENTH Membranen zu krümmen, wurde an hochgespannten
porenüberspannenden Membranen keine Membrantubulierung und
-vesikulierung beobachtet. Daher wurde untersucht, ob diese Fähigkeit durch eine
hohe laterale Spannung unterdrückt wird. Zu diesem Zweck wurden Riesenvesikel
auf einem Glassubstrat adhäriert, wobei die Adhäsionsstärke und in Folge die
laterale Spannung als Funktion der Mg<sup>2+</sup> Konzentration eingestellt werden konnte.
ENTH-induzierte Membrantubulierung konnte für Vesikel mit niedriger Spannung
nachgewiesen werden und war bei höherer Spannung unterdrückt.
Unabhängig von der Membranspannung wurde ein Abflachen der Vesikel nach
ENTH-Zugabe beobachtet. Die Ursache hierfür wurde in der durch die insertierte
Helix hervorgerufene Reduktion des Flächenkompressionsmoduls gefunden. Die
insertierte Helix stört die hydrophoben Wechselwirkungen der Lipidfettsäureketten
und das reduzierte Flächenkompressionsmodul verringert die zur Membrankrümmung
benötigte Energie. In Kombination mit der durch die insertierte
Helix erzeugten lokalen Krümmung ist dies eine molekulare Erklärung für die
ENTH-initiierte Bildung eines Vesikels während der Endozytose. | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.publisher | Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
dc.subject.ddc | 540 | de |
dc.title | Interaction of he Epsin N-Terminal Homology domain (ENTH) with artificial membranes as a function of lateral tension | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.contributor.referee | Steinem, Claudia Prof. Dr. | |
dc.date.examination | 2016-07-18 | |
dc.description.abstracteng | During endocytosis, membrane remodeling of a planar membrane into
a highly curved vesicle is controlled by a complex protein machinery. However, the
regulatory role of physical properties such as membrane tension is highly debated.
At the beginning of the formation of a vesicle during clathrin mediated endocytosis,
the protein epsin binds to its receptor lipid phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate
(PIP<sub>2</sub>). Upon binding, a previously unstructured part of the epsin N-terminal
homology domain (ENTH) forms an α-helix, which inserts into the membrane.
Experiments using artificial lipid bilayers were performed to study the interaction
of ENTH and lipid bilayers as a function of lipid composition and membrane
tension. The binding affinity of ENTH to PIP<sub>2</sub> was analyzed for different lipid
compositions and membrane topologies. Similar affinities of ENTH binding to
PIP<sub>2</sub> in the high nanomolar range were measured, independent of the used lipid
composition and membrane topology investigated.
Protruded pore-spanning membranes were established to investigate the
remodeling activity of ENTH as a function of lipid composition. Binding of
ENTH to membranes having a large area compressibility modulus and a high
lysis tension resulted in growth of the membrane protrusions. Binding of ENTH to
membranes with a lower area compressibility modulus and lysis tension resulted
in the formation of membrane defects. For all lipid compositions analyzed, no
vesiculation or tubulation was observed after binding of ENTH.
To analyze whether the high membrane tension of the protruded pore-spanning
membranes suppresses any membrane remodeling ability of ENTH, experiments
with giant unilamellar vesicles adhering to a solid support were conducted. The
vesicles’ adhesion strength and lateral tension was adjusted to analyze the ENTH’s
remodeling ability at lateral tensions corresponding to low and high membrane
tensions found in cells. The formation of membrane tubes was observed for vesicles
having a low membrane tension. Increasing the membrane tension resulted in a
suppression of tube formation.
Independent of the membrane tension, flattening of the vesicles was monitored
after binding of ENTH. The inserted ENTH helix disturbs lipid packing, which
reduces the area compressibility modulus and thus the bending rigidity of the
membranes. The reduced bending rigidity lowers the energy required for the
generation of membrane curvature. As the inserted helix of ENTH also splays
the lipid head groups, thereby inducing local curvature, the combination of both
mechanisms is expected to efficiently initiate the formation of a vesicle during
clathrin mediated endocytosis. | de |
dc.contributor.coReferee | Meinecke, Michael Dr. | |
dc.subject.eng | ENTH | de |
dc.subject.eng | artificial | de |
dc.subject.eng | membrane | de |
dc.subject.eng | lipid | de |
dc.subject.eng | bilayer | de |
dc.subject.eng | lateral | de |
dc.subject.eng | tension | de |
dc.subject.eng | model | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0028-8821-2-7 | |
dc.affiliation.institute | Fakultät für Chemie | de |
dc.subject.gokfull | Chemie (PPN62138352X) | de |
dc.identifier.ppn | 869469649 | |