Peter Bayer, Dr. rer. nat.

Strukturaufklärung von Biomolekülen mit Hilfe der mehrdimensionalen Kernspinresonanz: Proteine aus der Signaltransduktion und der Regulation von Zellkernprozessen

Kumulative Habilitationsschrift zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium habilitatus (Dr. rer. nat. habil.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Beschlußdatum 13.06.2000

Abstract
Primäres Ziel der Arbeit war die Strukturaufklärung von Proteinen, die wichtige Aufgaben bei der Signaltransduktion (APC, WASP, Rlf, Amyloid, SUMO) übernehmen oder Vorgänge im Zellkern regeln (SUMO, U1A, APC). Alle diese Moleküle sind an der Bildung von Makromolekülkomplexen (Protein-Protein oder Protein-RNA) beteiligt. Mit der Bestimmung der dreidimensionalen Struktur der Biopolymere und ihrer Wechselwirkungspartner sollten noch offene biochemische und medizinische Fragestellungen geklärt oder neue gezielte molekularbiologische Experimente in Aussicht gestellt werden. Die ausgewählten Proteinstrukturen nehmen Schlüsselstellungen in der Signaltransduktion und der anschließenden Umsetzung des Signals im Zellkern ein: Sie erfüllen neurotrophe Aufgaben durch Rezeptorbindung (Amyloid), dienen als Effektoren "molekularer Schalter" (Rlf) oder als Mediatoren der Tumorsuppression (APC), beeinflussen die Ausbildung des Cytoskeletts (WASP), sind Vermittler des Kerntransports (SUMO) oder Regulatoren der RNA-Prozessierung (U1A). Anhand dieser ausgewählten Beispiele werden Startegien aufgezeigt, wie der Einsatz der Kernspinresonanz, trotz erheblich großen Molekulargewichts einzelner Proteine oder Proteinkomplexe, zu Aussagen über Struktur oder Bindungseigenschaften von Molekülen herangezogen werden kann. Wo notwendig, wurden neue Techniken weiterentwickelt oder verbessert (U1A).

Object of the efforts was the structure determination of key proteins involved in signal transduction (APC, WASP, Rlf, Amyloid, SUMO) and in regulation of processes occuring in the cell nucleus (SUMO, U1A, APC). All of these proteins take part in the formation of complexes of macromolecules (protein-protein and protein-RNA). Elucidation of the three-dimensional structure of these biopolymers and their interacting partners should help to find solutions for still unexplained medical problems, at the same time addressing new important questions to biochemists. The selected molecules play key roles in signal transduction events and in converting the stimuli into protein regulated processes in the cell nucleus: They take part in neurotrophic events mediated though receptor binding (Amyloid), serve as effectors of molecular switches (Rlf) or have tumor suppressive properties (APC). They are involved in maintaining the cytoskeleton (WASP), in cellular transport across membranes (SUMO) and in RNA-processing (U1A). These examples are selected to demonstrate strategies how to use NMR for the determination of molecules and their complexes of high molecular weight and for the extraction of information about protein binding properties. Where necessary, new techniques were developed or improved (U1A).

Keywords:
Signaltransduktion, Zellzyklus, NMR, Strukturaufklärung

signaltransduction, cell cycle, nmr, structure determination

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