Small-angle scattering and membrane protein conformation
- Reference number
- SNP21-0007
- Project leader
- Lycksell, Marie
- Start and end dates
- 230101-260930
- Amount granted
- 2 857 143 SEK
- Administrative organization
- Umeå University
- Research area
- Life Sciences
Summary
This project aims to elucidate the solution structure of three different membrane proteins through developing the combination of Small-Angle Neutron Scattering (SANS) and Molecular Dynamics (MD) simulations. The goal is to in the process of gaining biological insights about the target systems develop novel analysis approaches focused on the integration of MD simulation data with SANS data. The developed analysis methods are to be made into computational tools freely available to the community at large. During the first year, data analysis will be on the multidrug transporter BmrA - for which scattering data has already been obtained. For the P-type cadmium ATPase CadA, and the ion channel Kir 2.1 , SANS beamtime has been scheduled for 2023. With the majority of the experimental data collected during year one, year two will focus on analysis development and data interpretation for biological insights. Writing software tools based on the novel analysis methods will start during year two, and be a focus for year three. This project is expected to result in at least three papers; one per protein target and possibly an additional software focused paper. The expected outcomes are for the biological insights to yield knowledge of the solution structures and behavior for the studied proteins, for the data analysis developments to advance how much we can learn from SANS data, and for the software tool development to make our advances easily accessible and applicable.
Popular science description
Membranproteiner förmedlar transport av information och materia mellan utsidan och insidan av cellen. I jämförelse med hur många membranproteiner vi har och hur viktiga deras funktioner är så finns det förhållandevis lite forskning om dem. Detta är mycket på grund av svårigheter med att studera dessa proteiner då de kräver en omgivning som efterliknar cellmembranet. Med framstegen som gjorts inom cryo-elektronmikroskopi har allt fler atomära strukturer av membranproteiner kunnat bestämmas, dock utgör atomära strukturer stillbilder av ett dynamiskt system. För att få en mer fullständig bild av membranproteiner kommer jag använda småvinkelspridning och molekylär dynamik simuleringar. Småvinkelspridning ger information om den genomsnittliga strukturen utifrån hur ett prov med många kopior av ett protein sprider en prob, i mitt fall neutroner. Neutroner ger mig den unika möjligheten att gömma den membranliknande miljön runt membranproteiner som annars döljer delar av signalen från proteinet. För att översätta resultaten från småvinkelspridningen till en molekylär förståelse använder jag molekylär dynamik simuleringar för att utforska de konformationer som är tillgängliga för proteinerna. Denna kombination är en som jag redan legat i framkant med att applicera, och med detta projekt avser jag utveckla metodkombinationen vidare. Detta dels genom att bygga vidare på den grund som redan lagts, och genom att skapa datorverktyg som tillgängliggör analyserna till det större vetenskapssamhället. I mitt projekt kommer jag att studera tre olika membranproteiner, dels som system att utveckla dessa metoder på, dels för att utöka kunskapen om dessa proteiner. För två av proteinerna, det ena ett transportprotein som bidrar till multiresistens hos bakterier och det andra ett transportprotein för tungmetalljoner, är det biologiska målet att få insikt om deras struktur i lösning och om hur deras transportcyklar fungerar. Det tredje proteinet är en jonkanal som inhiberas av höga halter av membrankomponenten kolesterol, där vår avsikt är att beskriva graden till vilken kolesterol samlas kring proteinet - något som skulle innebära ett stort steg framåt i vad som är möjligt att få information om med neutronsmåvinkelspridning.