Neutronsmåvinkelspridning och membranproteiners konformation
- Diarienummer
- SNP21-0007
- Projektledare
- Lycksell, Marie
- Start- och slutdatum
- 230101-260930
- Beviljat belopp
- 2 857 143 kr
- Förvaltande organisation
- Umeå University
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
Detta projekt avser att studera strukturen i lösning hos tre olika membranproteiner genom en kombination av neutronsmåvinkelspridning (SANS) och molekylär dynamik (MD) simuleringar. Målet är att under processen av att nå biologiska insikter om proteinerna utveckla nya analysmetoder för integrering av MD simuleringsdata med data från SANS. Aspekter av analysen som är överföringsbara skall identifieras, och användas för att skapa mjukvaruverktyg som skall fritt tillhandahållas till forskningssamhället i stort. Under det första året kommer dataanalys inledas för det första proteine, för vilket SANS data redan finns tillgängligt. För de två andra proteinerna har SANS-datainsamling schemalagts till början av 2023. Med huvuddelen av det experimentella datat insamlat under det första året så kommer år två vara fokuserat på utveckling av dataanalys och att nå biologiska insikter. Skrivande av mjukvara baserat på de nya analysmetoderna kommer inledas under år två, och vara ett fokus för år tre. Det här projektet förväntas resultera i minst tre vetenskapliga artiklar; en artikel per protein och eventuellt en om mjukvara. I stort väntas resultaten bli kunskap om struktur och uppförande i lösning för de studerade proteinerna, framsteg inom analysmetoder som ökar hur mycket information vi kan få ut ur SANS data, samt mjukvaruverktyg som tillgängliggör de utvecklade metoderna.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.