Struktur und Funktion von bovinen Arrestinen. Untersuchungen mittels Röntgenstrukturanalyse, FTIR- und molekularbiologischen Methoden.

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Als Beitrag zum funktionellen Verständnis der photoelektrischen Signaltransduktion soll die Interaktion von Arrestin mit Rhodopsin aufgeklärt werden durch die Anwendung von Röntgenkristallographie, Infrarotspektroskopie sowie molekularbiologischen und biochemischen Methoden. Arrestin schirmt das phosphorylierte Rhodopsin gegen eine Interaktion mit dem G-Protein Transducin ab, so dass die lichtinduzierte Enzymkaskade in den Sehstäbchen unterbrochen wird. Die Röntgenstruktur des nativen Arrestins (aus Rinderaugen) mit einer Auflösung von 3.3Å wurde durch multiplen isomorophen Ersatz gelöst (s. 2. Förderperiode, Granzin et al. Nature (1998) 391, 311-319). Eine neue Röntgenstruktur von Arrestin (exprimiert in Saccharomyces cerevisiae) komplexiert mit Inositolhexaphosphat (IP6) wird zur Zeit von uns publiziert, die Auflösung beträgt 2.7Å. IP6 ist ein Inhibitor für die Arrestin-Rhodopsin Wechselwirkung und konkurriert um die gleichen Bindungsstellen. Eine der Bindungsstellen von IP6 an Arrestin befindet sich auf der konkaven Seite der N-terminalen Domäne des Proteins, wie bereits in unserer Publikation (s.o) durch das Arrestin-Rhodopsin-Modell vermutet wurde. Die Kristallstrukturuntersuchung des Komplexes "Arrestin-(Rhodopsin-Peptid)" (Kollaboration mit der Arbeitsgruppe von Prof. K.P. Hofmann, HU Berlin) stagniert momentan aufgrund der stark wechselnden Bindungseigenschaften der synthetisierten und phosphorylierten Peptide, so dass bisher keine geeigneten Röntgenbeugungsdaten gemessen werden konnten. Die Funktion des b-Arrestins gegenüber dem b-adrenergen Rezeptor ist vergleichbar mit der des Arrestins zum Rhodopsin. Durch vollständig neue Kristallisationsbedingungen gelang es schließlich, auch b-Arrestin (exprimiert in Saccharomyces cerevisiae) zu kristallisieren. Die Röntgendiffraktiondaten haben zur Zeit eine Auflösung von 4Å (gemessen am Synchrotron in Grenoble). Diese Daten geben erste Aufschlüsse mit Hilfe des molekularen Ersatzes über die Faltung der Proteinhauptkette. Eine Verbesserung in der Auflösung, bis etwa 3 Å ist notwendig für die Zuordnung der Aminosäureseitenketten. Dies wird momentan versucht.