Eiwitvouwoscillaties in het secretoom

Eiwitten worden gemaakt in microscopische fabrieken in cellen. Ze verlaten de cel als ongestructureerde ketens van honderden aminozuren maar moeten zich vouwen in gedefinieerde 3D-vormen voordat ze functioneel kunnen worden. 70% doet dit zeer snel in het cytoplasma, meestal in milliseconden tot seconden. De andere 30% van de eiwitten ondergaan een tijdelijk vertraagde en topologisch veranderde vouwing. Deze vouwen alleen nadat ze zijn getarget naar het membraan en in het membraan geïncorporeerd zijn of volledig doorheen het membraan gesecreteerd zijn. Sommige van deze eiwitten zullen kanalen en poriën, sensoren, antilichamen, bacteriële toxinen, metastatische proteasen en hormonen vormen. Dit zijn zorgvuldig georkestreerde processen die meestal met verbluffende betrouwbaarheid worden uitgevoerd. Desalniettemin veroorzaakt incidentele misvouwing aggregatie en ziekten zoals de ziekte van Alzheimer. Jarenlang heeft de wereldwijde onderzoeksinspanning deze processen verdeeld en afzonderlijk bestudeerd, b.v. vouwen, voornamelijk met een paar cytoplasmatische modelproteïnen, secretie door het plasmamembraan en het ER. En toch heeft de ruggengraat van het eiwitpolymeer die deze overgangen ondergaat universele kenmerken. Wat bepaalt de verschillende lotsbestemmingen qua vouw- en lokalisatie van deze polypeptiden en wat brengt hen naar aggregatieroutines? Wat zijn de individuele bijdragen van de eigenschappen van het polypeptidepolymeer en de dynamiek ervan wanneer het van de ene naar de andere staat oscilleert en hoe worden deze beïnvloed door cellulaire factoren? Hier stellen we een verenigende inspanning voor van dit eiwitgedrag, om deze fundamentele vragen aan te pakken en universele principes af te leiden.Onze experimentele aanpak is drieledig en multidisciplinair. Ten eerste, geavanceerde structurele bio-informatica om de backbone-dynamica te volgen en om de vouw- of aggregatiecascades te voorspellen/in kaart te brengen. Ten tweede, de exploitatie van onze unieke verzameling eiwitten van E.coli-bacteriën die alle mogelijke gedragingen dekken, van snelle vouwing tot amyloïde-vorming en hun combinatie met meerdere chaperones. Ten derde, toepassing van een globaal unieke combinatie van drie ultramoderne biofysische hulpmiddelen die krachtig is in het onthullen van dynamica en energetica van eiwitconformaties en conformationele toestanden: hydrogen deuterium exchange mass spectrometry, single-molecule FRET en force nanoscopy. In de afgelopen 4 jaar hebben we deze methoden in ons lab of via samenwerkingsverbanden opgezet. Biofysische hulpmiddelen zullen worden gecombineerd met functionele in vitro en in vivo testen.Ons werk neemt een grote uitdaging aan en het exploiteert gesecreteerde eiwitten om het probleem van 'vouwen/verkeerd vouwen' dieper te onderzoeken en bij te dragen aan het onthullen van fundamentele principes.

Trefwoorden:HDX-MS, smFRET, signal peptide, protein secretion, protein folding, force nanoscopy, chaperones, protein mis-folding/aggregation

Disciplines:Engineering van biomaterialen, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Milieu ingenieurswetenschappen en biotechnologie, Industriële biotechnologie, Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen, Immunologie, Microbiologie, Systeembiologie, Laboratoriumgeneeskunde