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NMR relaxation under spin-locking conditions
Renate Auer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Robert Konrat
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.11016
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29573.23170.862863-3
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
NOESY-AFP: Wir haben eine Methode entwickelt, die dazu dient, die Bindung eines Liganden an ein Protein zu untersuchen. Die Messung basiert auf Cross-Relaxation und adiabatic fast passage (AFP) Pulsen. Cross-Relaxation ist ein Mechanismus, der wertvolle Informationen fuer Strukturuntersuchungen liefert. Er kann bei NMR-aktiven Kernen (vorwiegend Protonen) angewandt werden, um deren Umgebung innerhalb eines 5°A Radius zu studieren. AFP Pulse zeichnen sich durch ihre einfache Handhabung sowie ihre geringe Offset-Abhängigkeit und ihr perfektes Inversionsprofil aus. Die Kombination von Cross-Relaxation und AFP erlaubt es uns, Informationen ueber die Bindungstasche sowie Daten ueber interne Mobilitaet oder Spin Diffusion zu erhalten, die ein direkter Parameter f¨ur die umgebende Protonendichte ist. Die Untersuchung der Bindungstasche und der Wechselwirkungen zwischen Liganden und Proteinen kann aeußerst relevante Informationen fuer Medikamentenentwicklungund -optimierung liefern. Wir konnten diese Methode erfolgreich an verschiedenen Systemen testen (Q83-Vanillinsäure, ADH-AMP, ADH-NADH). Vorzeichen von Dw: Proteindynamik ist in viele wichtige biologische Prozesse involviert, wie z.B. Bindung, Faltung, Allosterie, molekulare Erkennung und Katalyse. Typischerweise tauscht ein hoch populierter Grundzustand mit einem gering populierten, sog. angeregten Zustand aus, der wiederum in vielen Faellen von hoher biologischer Relevanz ist. Er kann mittels NMR Spektroskopie genau untersucht werden. CPMG Messungen liefern den Absolutwert von Dw, d.h. die Position der Signale des gering populierten Zustands relativ zu den Signalen des Grundzustands, und daher die eine Hälfte der Information, die noetig ist, um das Spektrum des angeregten Zustandes zu rekonstruieren und damit seine Struktur zu bestimmen. Eine zweite Methode muss angewandt werden, um das Vorzeichen von Dw zu erfahren. Wir haben ein Experiment entwickelt, um das Vorzeichen von Dw fuer mehrere NMR-aktive Kerne zu messen. Es basiert auf der spin-lock Relaxationsrate R1r. Die großen Vorteile dieser Methode im Vergleich mit den gebraeuchlichsten Methoden (H(S/M)QC oder der Vergleich von Null- und Doppelquanten-Dispersionen) sind, (a) dass das Dw des gekoppelten Kerns nicht von Null verschieden sein muss und (b) dass sie nicht nur fuer Heterokerne (wie die H(S/M)QC Methode) sondern auch fuer 1Ha und 1HN funktioniert. Die hohe Zuverlaessigkeit dieser Methode wurde am Protein-Liganden System Abp1p-Ark1p getestet, von dem die korrekten Werte fuer Dw und deren Vorzeichen bekannt sind.
Abstract
(Englisch)
I: NOESY-AFP English. We have developed a method that allows us to investigate proteinligand binding using cross-relaxation experiments in combination with adiabatic fast passge (AFP) pulses. Cross-relaxation is a widely used mechanism yielding valuable parameters for structural studies since it can be used to probe the surroundings of any NMR-active nucleus (predominantly protons) within a 5°A radius. AFP pulses distinguish themselves by their ease of implementation and general advantages, like negligible offset-dependence and a perfect inversion profile. The combination of cross-relaxation and AFP pulses allows us to gain information about the binding epitope including properties such as internal mobility or spin diffusion, which is a direct measure for the surrounding proton density. Epitope mapping provides relevant information for drug development and optimization. We were able to apply this method successfully to several protein-ligand systems (Q83-Vanillic acid, ADH-AMP, ADH-NADH). II: Sign of Dw English. Protein dynamics are involved in many important biological processes, e.g. binding, folding, allostery, molecular recognition and catalysis. Typically, a highly populated conformer exchanges with a low populated, transiently formed state, which is in many cases the biologically relevant one. This excited state can be studied in detail be NMR spectroscopy. CPMG measurements yield the magnitude of Dw, i.e. the chemical shift of the minor species with respect to the chemical shift of the major species, and thus half the information necessary for the reconstruction of the spectrum of the excited state which leads to the determination of its structure. A second method has to be applied in order to obtain the sign of Dw. We have developed an experiment that allows us to measure the sign of Dw for various NMR-active nuclei. It is based on the spin-lock relaxation rate R1r. The main advantages of this method with respect to the most commonly used methods for sign determination (H(S/M)QC or the comparison of zero-quantum and double quantum dispersion profiles) are (a) it does not require the Dw of the coupled nucleus to be different from zero and (b) it works not only for heteronuclei (as does the H(S/M)QC method), but can easily be applied to 1Ha and 1HN. The high reliability of this method has been tested on the Abp1p-Ark1p protein-ligand system, where the correct Dw’s including the signs were available.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
NMR-Relaxation Spin-Lock AFP NOESY Sign of Dw Protein NMR
Schlagwörter
(Deutsch)
NMR-Relaxation Spin-Lock AFP NOESY Vorzeichen von Dw Protein-NMR
Autor*innen
Renate Auer
Haupttitel (Englisch)
NMR relaxation under spin-locking conditions
Paralleltitel (Deutsch)
NMR Relaxation unter Spin-Locking Bedingungen
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
116 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Robert Konrat ,
Lothar Brecker
Klassifikationen
33 Physik > 33.07 Spektroskopie ,
33 Physik > 33.23 Quantenphysik ,
35 Chemie > 35.25 Spektrochemische Analyse
AC Nummer
AC08363259
Utheses ID
9931
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |
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