Nanodiscs als erstklassige Modellmembranen
Nanodiscs ermöglichen das Studium von Membranproteinen
Nanodiscs sind selbstorganisierende Modellmembranen die an Lipoproteine hoher Dichte (HDL: „high density lipoprotein") erinnern. Sie bestehen aus einem kleinen Lipiddoppelschicht-Fragment sowie zwei Kopien eines amphipathischen Gerüstproteins (MSP: „membrane scaffold protein"). Letzteres schirmt den hydrophoben Rand des Membranfragmentes vom umgebenden Wasser ab. Unterschiedliche Gerüstproteine sind in Gebrauch, am häufigsten wird eine biochemisch produzierte Variante des humanen Apolipoprotein A-I verwendet. Eine umfassende Analyse und Optimierung von Nanodiscs erfolgte im Labor von Stephen G. Sligar an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign, welcher die Technologie gefördert und verbreitet hat.
Nanodiscs ermöglichen die Solubilisierung von Membranproteinen in funktioneller Form und machen diese einer Reihe biophysikalischer Analysemethoden zugänglich, die bisher nur für lösliche Proteine Anwendung fanden.
Nanodiscs in Flüssigkeits-NMR Studien
Wir haben gezeigt, dass integrale Membranproteine in Nanodiscs mittels hochauflösender Flüssigkeits-NMR untersucht werden können. Ein Polypeptid, welches die Transmembran- und die zytoplasmatische Domäne des humanen CD4 enthält, wurde in Nanodiscs eingebaut. Zweidimensionale 1H, 13C HSQC NMR-Spektren zeigen Korrelationssignale sowohl des 13C-markierten CD4 als auch der Lipidmoleküle (natürliche 13C Häufigkeit).
Glück et al. (2009) J Am Chem Soc 131: 12060-61
Nanodiscs und Plasmonenresonanz
In Nanodiscs verankerte integrale Membranproteine können als Analyt in Oberflächenplasmonenresonanz (SPR: „surface plasmon resonance“)-Untersuchungen eingesetzt werden. Wir bauten ein Fusionsprotein in Nanodiscs ein, welches die Transmembrandomäne von CD4 und die Sequenz des löslichen Proteins Ubiquitin enthält sowie ein N-terminales Decahistidin-Motiv trägt. Die Bindung des Nanodisc-verankerten Fusionsproteins an immobilisierte, monoklonale Antihistidin-Antikörper konnte mit SPR Experimenten charakterisiert werden.
Im Einzelzyklusmodus gewonnene kinetische Daten reflektieren die Wechselwirkung von immobilisiertem monoklonalen PentaHis Antikörper mit Nanodisc-verankertem His-Ubi-CD4 Fusionsprotein bei zwei unterschiedlichen Oberflächenaktivitäten. Die schematische Darstellung (rechts) illustriert den experimentellen Aufbau.
