Modellierung von Faltungsgleichgewichten im Inneren einer Zelle

Basierend auf existierenden Interaktionsmodellen, welche für Simulationen Brown’scher Molekülbewegungen in komplexen Protein-Lösungen mit bis zu 1000 Proteinen eingesetzt werden, entwickeln wir in unserer Arbeitsgruppe Simulationstechniken die es erlauben die internen Freiheitsgrade der simulierten Proteine zu berücksichtigen. Durch den Einsatz von Monte Carlo Simulationen verzichten wir hierbei auf die Möglichkeit dynamische Prozesse detailliert zu beobachten. Allerdings erlauben uns diese Simulationen Gleichgewichte, beispielsweise zwischen ge- und entfalteten Zuständen, zu simulieren und den Einfluss der Umgebung auf dieses Gleichgewicht zu analysieren. Hierbei konzentrieren wir uns auf den Einfluss spezifischer und unspezifischer Interaktionen zwischen den gelösten Molekülen, welche wir durch die Modifikation der unterschiedlichen Terme des Interaktionspotentials beeinflussen können.

Unsere Simulationen begleiten hierbei experimentelle Arbeiten in der Gruppe von Jun.-Prof. Dr. Simon Ebbinghaus an der Ruhr-Universität Bochum, welche die Faltung von Proteinen und Polymeren sowohl in vitro als auch in vivo untersuchen.

Zielsetzung dieser Arbeiten ist es den Einfluss der besonderen Umgebung eines Proteins im Zellinneren detailliert zu verstehen, welche durch hohe Konzentrationen von Proteinen und anderen Biopolymeren charakterisiert ist. Eine aktuelle Fragestellung ist hierbei, ob reine Verdrängungseffekte, sogenanntes “molecular crowding”, ausreichen um Unterschiede zwischen experimentellen Beobachtungen bei großer Verdünnung in vitro und erst kürzlich möglich gewordenen Studien in komplexen biologischen Umgebungen wie dem Inneren einer Zelle zu erklären, oder ob die attraktiven Wechselwirkungen zwischen den Protein ebenfalls eine Rolle spielen.