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Biophysical Principles of Chaperone-Client Interactions

English title Biophysical Principles of Chaperone-Client Interactions
Applicant Hiller Sebastian
Number 185388
Funding scheme Project funding
Research institution Abteilung Strukturbiologie und Biophysik Biozentrum Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Biophysics
Start/End 01.08.2019 - 31.07.2022
Approved amount 700'560.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Biophysics
Biochemistry

Keywords (6)

Protein function; Membrane proteins; Molecular chaperones; Protein folding; Mass spectrometry; NMR spectroscopy

Lay Summary (German)

Lead
Viele Proteine sind im zellulären Kontext auf die korrekte Entstehung ihrer räumlichen Struktur angewiesen. Diese Struktur können sie oft nur mit Hilfe von anderen Proteinen, sogenannten Chaperonen erreichen. Fehlfaltung und Aggregation bereiten dem Organismus grosse Probleme, die zum Versagen ganzer Organe führen können. Da die Proteinkomplexe aus Chaperonen und ihren Substraten hochdynamisch sind, ist es schwierig, quantitative Beschreibungen davon zu erhalten. Diese sind aber essentiell, um Chaperone genau zu verstehen. Mit unserem Projekt wollen wir zu einem besseren molekularen Verständnis dieser wichtigen Proteinklasse beitragen.
Lay summary

Inhalt und Ziele

Mit unserem Projekt verfolgen wir zwei Hauptziele. Zum einen möchten wir neue Methoden entwickeln, um die Komplexe aus Chaperonen und Ihren Substraten quantitativ beschrieben zu können. Die Kernspinresonanz (NMR)-Spektroskopie ist die beste Methode, um diese Systeme bei atomarer Auflösung zu beobachten und hat bereits viele wertvolle Einsichten gebracht. Wir möchten diese Methode nun mit der Massenspektroskopie (MS) von chemisch verknüpften Peptiden kombinieren, um erweiterte quantitative Modelle zu erhalten. Dazu möchten wir Techniken entwickeln, um die MS-Daten quantitativ interpretieren zu können. Beispielsweise haben verschiedene Peptide unterschiedliche Detektionswahrscheinlichkeiten und wir möchten diese mittels geeigneter Referenzmessungen kalibrieren, um die Menge eines gegeben Peptids exakt bestimmen zu können. Das Ziel unserer Arbeiten ist es, dass wir geeignete Informationen zu Struktur und Dynamik von Chaperon-Substrat-Komplexen aus der Massenspektrometrie erhalten, die wir dann in quantitative Beschreibungen dieser Systeme verwenden können.
Im zweiten Teil des Projekts studieren wir die Membranprotein-Insertase YidC. Dieses Protein hat in der Zelle die Funktion, Membranproteine in die Membrane einzusetzen. Dieser Prozess ist biophysikalisch besonders spannend, aber bis jetzt auf atomarer Ebene noch nicht beobachtet worden. Wir werden die insertase YidC und geeignete Substratproteine aufreinigen und ihre Interaktionen, Dynamik und Struktur mithilfe der NMR-Spektroskopie studieren. Moderne hochaufgelöste NMR Methoden erlauben uns, dabei einzelne Aminosäuren zu beobachten und so atomare Auflösung zu erhalten. Unser Ziel wird es sein, den Mechanismus zu verstehen, mit dem YidC seine essentielle Insertasefunktion erfüllt.

Wissenschaflicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts
Unser Projekt befasst sich mit grundlegenden Wissenschaftlichen Fragen aus dem Bereich der Biophysik und Molekularbiologie. Ein mechanistisches Verständnis der Protein- und Membranproteinfaltung ist für das molekulare Verständnis des Lebens unerlässlich. Als praktische Anwendung wird unsere Forschung wichtige Beiträge zu neurodegenerativen Krankheiten machen können.

Direct link to Lay Summary Last update: 11.05.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
166426 Structural determinants of chaperone function 01.08.2016 Project funding
166426 Structural determinants of chaperone function 01.08.2016 Project funding
170925 Discovery and mechanistic dissection of novel signaling pathways controlling phosphate homeostasis in eukaryotes 01.01.2017 Sinergia

Abstract

For only few chaperone-client systems, descriptions of structure and dynamics at atomic resolution exist. These descriptions often lack a rationalization of the biophysical principles underlying chaperone function. The information gap is particularly evident for membrane protein insertase chaperones, for none of which an atomic-resolution description of the client complex exists. Here, we want to pursue two main goals: (A) We want to develop new methods to describe chaperone-client complexes as statistical ensembles, combining data from quantitative cross-link mass spectrometry with NMR data. (B) We want to characterize the functional cycle of the membrane protein insertase YidC at the atomic level. These aims make fundamental contributions to chaperone biophysics and have a high potential to discover new principles in chaperone biophysics.
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