Roman Dallüge

Tetrapeptidbasiertes Proteindesign: Ein Lösungsansatz für das inverse Proteinfaltungsproblem

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 14.02.2008

Abstract
Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuartigen Algorithmus zum Proteindesign basierend auf kurzen Peptidfragmenten. Die Methode verwendet statistische Informationen über Tetrapeptidkonformationen. Hierfür wurde eine modifizierte Datenaufbereitung entwickelt, die in der Lage war, die nichtredundante Ausgangsdatenbasis für solche statistische Analysen zu vergrößern. Es wurden verschiedene, nichthomologe Aminosäuresequenzen errechnet, welche in die artifizielle Struktur des Proteins TOP7 (Kuhlman et al., Science, 2003; 302:1364-1368) falten sollten. Zwei der designten Proteine, M5 und M7, wurden rekombinant hergestellt und mittels Fluoreszensspektroskopie, Circulardicroismus und NMR charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen Hinweise auf geordnete Tertiärstrukturen und kooperative Faltungs/Entfaltungsübergänge. Die beiden neuen Proteine weisen weiterhin eine sehr hohe Stabilität gegen Temperatur- und Denaturanz-induzierte Entfaltung auf.

The aim of this work was the development of a new algorithm for protein design based on short peptide fragments. The method uses statistical information on tetrapeptide backbone conformations. We created a modified data selection procedure which was able to extend the nonredundant data basis available for statistical analysis. A series of non homologous polypeptide sequences were created that were predicted to fold into the artificial structure of the protein TOP 7 (Kuhlman et al., Science, 2003; 302:1364-1368). Two of the designed proteins, M5 and M7, were expressed and characterized by fluorescence spectroscopy, circular dichroism and NMR. They showed the hallmarks of well-ordered tertiary structure as well as cooperative folding/unfolding transitions. The two novel proteins were found to be highly stable against temperature and denaturant-induced unfolding.

Keywords:
Proteindesign, Fragmentbibliotheken, Artifizielle Struktur, Thermodynamische Stabilität

protein design, fragment-based libraries, artificial fold, thermodynamic stability

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungen, Zusammenfassung (2, i-vii)
I. Einleitung (1-12)
II. Theoretische Methoden (13-20)
III. Experimentelle Methoden (21-34)
IV. Ergebnisse (35-85)
V. Diskussion (86-98)
VI. Literaturverzeichnis (99-109)
VII. Anhang (110-138)
Publikationen