Authors:	Trefz, Margareta
Title:	Die SDS-induzierte Entfaltung des Aquaglyceroporins GlpF - Entfaltungsstudien und Untersuchungen zur Rolle der Tryptophane im GlpF-Tetramer
Online publication date:	2-Sep-2019
Year of first publication:	2019
Language:	german
Abstract:	Die Untersuchung der Faltung und Stabilität von Membranproteinen ist im Vergleich zur Analyse löslicher Proteine durch viele Faktoren erschwert. Aus diesem Grunde ist die Zahl untersuchter oligomerer α-helikaler Membranproteine gering, obwohl diese in Biomembranen besonders zahlreich vorkommen und als potenzielle drug targets für pharmazeutische Wirkstoffe von Interesse sind. In dieser Arbeit wurde das α-helikale, tetramere Membranprotein GlpF, ein Aquaglyceroporin aus E. coli, verwendet, um dessen Entfaltung sowie die Stabilisierung seines tetrameren Zustandes in Mizellenumgebung zu untersuchen. Aquaglyceroporine ermöglichen den Fluss von Wasser und linearen Polyalkoholen (wie z.B. Glycerin) über biologische Membranen und sind in allen Domänen des Lebens präsent. Die Aminosäure Tryptophan spielt eine tragende Rolle in Helix-Helix-Interaktionen und ist ein relevanter Faktor in Schlüsselpositionen strukturformender Bereiche in Membranproteinen. Die Untersuchung des Einflusses der Tryptophane von GlpF auf die Stabilität des Tetramers ist im ersten Teil dieser Arbeit zusammengefasst. Laut der Resultate übernehmen die Tryptophane von GlpF allerdings keine eindeutig stabilisierende Rolle für das GlpF-Tetramer. Nur ein Tryptophan, Trp 219, besitzt jedoch eine Schlüsselfunktion als Stabilisator der periplasmatischen GlpF-Vestibülregion. Daher ist Trp 219 von großer Bedeutung für die Gesamtstabilität von GlpF. Des Weiteren wurde die SDS-induzierte in vitro-Entfaltung von GlpF sowohl hinsichtlich seiner Kinetik als auch unter Gleichgewichtsbedingungen analysiert. Die Ergebnisse deuten auf einen komplexen, mehrstufigen Entfaltungsmechanismus sowie auf die Präsenz von Intermediaten und parallelen Entfaltungswegen hin. Die Entfaltung von GlpF findet nicht nur innerhalb unterschiedlicher Strukturebenen statt, sondern kann in die Entfaltung seiner löslichen Bereiche und seiner Transmembranregionen unterteilt werden. Die beschriebenen Resultate geben einen Einblick in die GlpF-Tetramerstabilität und zeigen eine strukturelle Abfolge der SDS-induzierte Entfaltung von GlpF, die möglicherweise den Entfaltungsweg aller Mitglieder der Aquaglyceroporin-Familie widerspiegelt. Folding and stabilization of oligomeric α-helical membrane proteins is a current yet poorly investigated field of research. In this thesis, the SDS-induced in vitro unfolding of the tetrameric α-helical membrane protein GlpF was investigated. As an aquaglyceroporin, GlpF mediates the flux of water and glycerol across the E. coli inner membrane. Due to its well-known structure and function, GlpF was chosen as a model for membrane protein folding experiments. Two focuses were set in the course of this work regarding membrane protein folding: Firstly, the impact of tryptophan residues on the stability of the GlpF tetramer was investigated. Even though they are a major factor in driving helix-helix interactions and a key residue in hot spots of structure-forming interactions in general, the tryptophan residues of GlpF have not been found to play a particular role in tetramer stabilization. Yet one tryptophan residue, Trp 219, has been identified as key residue in stabilizing GlpF’s periplasmic vestibule and therefore to be of crucial importance for the overall stability of GlpF. Secondly, the SDS-induced in vitro unfolding of GlpF has been investigated kinetically as well as under almost-equilibrium conditions. My results indicate a complex multi-stage unfolding mechanism and the occurence of unfolding intermediates as well as potential parallel unfolding pathways. Unfolding occurs not only on various structural levels, but is also divided between the unfolding of soluble regions as well as the dissociation of GlpF’s transmembrane segments. Although not completely understood, the here described results present an insight on the stability and SDS-induced unfolding pathways for GlpF and members of the aquaporin family in general.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3749
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000030767
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	V, 182 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen