Molekülstruktur und Mechanismus der Filamentbildung zytoplasmatischer Intermediärfilament-Proteine aus normalen und pathologisch veränderten Zellen

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Aufgrund ihres Vorkommens und ihrer biophysikalischen Eigenschaften gelten Intermediärfilamente (IFs) als die entscheidenden Träger zellulärer Stabilität differenzierter Vertebratenzellen. Die Bildung der IFs aus ihren Untereinheiten, "coiledcoil"-Komplexen zweier a-helikaler Polypeptide, ist bisher nur unvollständig geklärt. Da die unterschiedlichen zytoplasmatischen IFs einem gemeinsamen Grundbauplan folgen und auch entscheidende Phasen des "Assembly" nach den gleichen Prinzipien ablaufen, haben wir uns entschlossen, die molekularen Bedingungen für die Filamentbildung an humanem Vimentin, einem homopolymerbildenden IF-Protein aufzuklären. In umfangreichen Vorarbeiten haben wir gezeigt, daß von diesen coiled-coil-Proteinen, wenn nicht im Ganzen, so doch von Teilen, Kristalle erhalten und deren Atomstrukturen mittels Röntgenbeugung gelöst werden können. Die gesamte Struktur soll nun durch die Kristallisation überlappender Peptide, im besonderen der nicht-a-helikalen Domänen abgeschlossen werden. Die Aufklärung der von den nicht-a-helikalen Domänen ausgehenden Wechselwirkungen ist die Voraussetzung, die dynamischen atomaren Umlagerungen während des in mehreren unterscheidbaren Stufen ablaufenden Filamentbildungsprozesses zu verstehen. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollen sodann auf die Bildung und Wirkungsweise der anderen cytoplasmatischen IF-Proteine angewandt werden. Ziel ist es, die Folgen erblicher Mutationen in IF-Proteinen, wie sie z.B. in Cardiomyopathien, epidermolytischen und neuralen Erkrankungen gefunden werden, für die Funktion der IFs molekular zu erklären. Dieses makromolekulare "Assembly" soll mit Hilfe von geeigneten IF-Protein-Peptiden im Detail aufgeklärt werden, und zwar in den bewährten in vitro-Systemen sowie in vivo durch Mikroinjektion in Zellen, die mit grünem fluoreszierenden Protein-markiertem Vimentin stabil transfiziert sind.