@phdthesis{Vranic2019,
  author    = {Vranic, Marija},
  title     = {3D Structure of the biomarker hepcidin-25 in its native state},
  doi       = {10.25932/publishup-45929},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459295},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xii, 135},
  year      = {2019},
  abstract  = {Hepcidin-25 (Hep-25) plays a crucial role in the control of iron homeostasis. Since the dysfunction of the hepcidin pathway leads to multiple diseases as a result of iron imbalance, hepcidin represents a potential target for the diagnosis and treatment of disorders of iron metabolism. Despite intense research in the last decade targeted at developing a selective immunoassay for iron disorder diagnosis and treatment and better understanding the ferroportin-hepcidin interaction, questions remain. The key to resolving these underlying questions is acquiring exact knowledge of the 3D structure of native Hep-25. Since it was determined that the N-terminus, which is responsible for the bioactivity of Hep-25, contains a small Cu(II)-binding site known as the ATCUN motif, it was assumed that the Hep-25-Cu(II) complex is the native, bioactive form of the hepcidin. This structure has thus far not been elucidated in detail. Owing to the lack of structural information on metal-bound Hep-25, little is known about its possible biological role in iron metabolism. Therefore, this work is focused on structurally characterizing the metal-bound Hep-25 by NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations. For the present work, a protocol was developed to prepare and purify properly folded Hep-25 in high quantities. In order to overcome the low solubility of Hep-25 at neutral pH, we introduced the C-terminal DEDEDE solubility tag. The metal binding was investigated through a series of NMR spectroscopic experiments to identify the most affected amino acids that mediate metal coordination. Based on the obtained NMR data, a structural calculation was performed in order to generate a model structure of the Hep-25-Ni(II) complex. The DEDEDE tag was excluded from the structural calculation due to a lack of NMR restraints. The dynamic nature and fast exchange of some of the amide protons with solvent reduced the overall number of NMR restraints needed for a high-quality structure. The NMR data revealed that the 20 Cterminal Hep-25 amino acids experienced no significant conformational changes, compared to published results, as a result of a pH change from pH 3 to pH 7 and metal binding. A 3D model of the Hep-25-Ni(II) complex was constructed from NMR data recorded for the hexapeptideNi(II) complex and Hep-25-DEDEDE-Ni(II) complex in combination with the fixed conformation of 19 C-terminal amino acids. The NMR data of the Hep-25-DEDEDE-Ni(II) complex indicates that the ATCUN motif moves independently from the rest of the structure. The 3D model structure of the metal-bound Hep-25 allows for future works to elucidate hepcidin's interaction with its receptor ferroportin and should serve as a starting point for the development of antibodies with improved selectivity.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Michaelis2022,
  author    = {Michaelis, Marcus},
  title     = {Molekulare Erkennung von Cellulose und Cellulose-Fragmenten durch Cellulose-Bindemodule \& Interaktionsstudien zwischen den zytoplasmatischen Dom{\"a}nen von Integrin-β1/β3 und dem fokalen Adh{\"a}sionsprotein Paxillin},
  doi       = {10.25932/publishup-55516},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-555162},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {VI, 171},
  year      = {2022},
  abstract  = {Proteine erf{\"u}llen bei einer Vielzahl von Prozessen eine essenzielle Rolle. Um diese Funktionsweisen zu verstehen, bedarf es der Aufkl{\"a}rung derer Struktur und deren Bindungsverhaltens mit anderen Molek{\"u}len wie Proteinen, Peptiden, Kohlenhydraten oder kleinen Molek{\"u}len. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden der Wildtyp und die Punktmutante N126W eines Kohlenhydrat-bindenden Proteins aus dem hitzestabilen Bakterium C. thermocellum untersucht, welches Teil eines Komplexes ist, der Kohlenhydrate wie Cellulose erkennen, binden und abbauen kann. Dazu wurde dieses Protein mit E.coli Bakterien hergestellt und durch Metallchelat- und Gr{\"o}ßenausschlusschromatographie gereinigt. Die Proteine konnten isotopenmarkiert mittels Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) untersucht werden. H/D-Austauschexperimente zeigten leicht und schwer zug{\"a}ngliche Stellen im Protein f{\"u}r eine m{\"o}gliche Ligandenwechselwirkung. Anschließend konnte eine Interaktion beider Proteine mit Cellulosefragmenten festgestellt werden. Diese interagieren {\"u}ber zwischenmolekulare Kr{\"a}fte mit den Seitenketten von aromatischen Aminos{\"a}uren und {\"u}ber Wasserstoffbr{\"u}ckenbindungen mit anderen Resten. Weiterhin wurde die Calcium-Bindestelle analysiert und es konnte gezeigt werden, das diese nach der Proteinherstellung mit einem Calcium-Ion besetzt ist und dieses mit dem Komplexbildner EDTA entfernbar ist, jedoch wieder reversibel besetzt werden kann. Zum Schluss wurde mittels zweier Methoden versucht (grafting from und grafting to), das Protein mit einem temperatursensorischen Polymer (Poly-N-Isopropylacrylamid) zu koppeln, um so Eigenschaften wie L{\"o}slichkeit oder Stabilit{\"a}t zu beeinflussen. Es zeigte sich, das w{\"a}hrend die grafting from Methode (Polymer w{\"a}chst direkt vom Protein) zu einer teilweisen Entfaltung und Destabilisierung des Proteins f{\"u}hrte, bei der grafting to Methode (Polymer wird separat hergestellt und dann an das Protein gekoppelt) das Protein seine Stabilit{\"a}t behielt und nur wenige Polymerketten angebaut waren. Der zweite Teil dieser Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Interaktion von zwei LIM-Dom{\"a}nen des Proteins Paxillin und der zytoplasmatischen Dom{\"a}ne der Peptide Integrin-β1 und Integrin-β3. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Bewegung von Zellen. Dabei interagieren sie mit einer Vielzahl an anderen Proteinen, um fokale Adh{\"a}sionen (Multiproteinkomplexe) zu bilden. Bei der Herstellung des Peptids Integrin-β3 zeigte sich durch Gr{\"o}ßenausschlusschromatographie und Massenspektrometrie ein Abbau, bei dem verschiedene Aminos{\"a}uregruppen abgespalten werden. Dieser konnte durch eine Zugabe des Serinprotease-Inhibitors AEBSF verhindert werden. Anschließend wurde die direkte Interaktion der Proteine untereinander mittels NMR untersucht. Dabei zeigte sich, das Integrin-β1 und Integrin-β3 an die gleiche Position binden, n{\"a}mlich an den flexiblen Loop der LIM3-Dom{\"a}ne von Paxillin. Die Dissoziationskonstanten zeigten, dass Integrin-β1 mit einer zirka zehnfach h{\"o}heren Affinit{\"a}t im Vergleich zu Integrin-β3 an Paxillin bindet. W{\"a}hrend Paxillins Bindestelle an Integrin-β1 in der Mitte des Peptids liegt, ist bei Integrin-β3 der C-Terminus essenziell. Daher wurden die drei C-terminalen Aminos{\"a}uren entfernt und erneut Bindungsstudien durchgef{\"u}hrt, welche gezeigt haben, das die Affinit{\"a}t dadurch fast vollst{\"a}ndig unterbunden wurde. Final wurde der flexible Loop der LIM3-Dom{\"a}ne in zwei andere Aminos{\"a}uresequenzen mutiert, um die Bindung auf der Paxillin-Seite auszul{\"o}schen. Jedoch zeigten sowohl Zirkulardichroismus-Spektroskopie als auch NMR-Spektroskopie, dass die Mutationen zu einer teilweisen Entfaltung der Dom{\"a}ne gef{\"u}hrt haben und somit nicht als geeignete Kandidaten f{\"u}r diese Studien identifiziert werden konnten.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Martin2024,
  author    = {Martin, Johannes},
  title     = {Synthesis of protein-polymer conjugates and block copolymers via sortase-mediated ligation},
  doi       = {10.25932/publishup-64566},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-645669},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XVII, 150},
  year      = {2024},
  abstract  = {In den vergangenen Jahrzehnten haben therapeutische Proteine in der pharmazeutischen Industrie mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Werden Proteine nichtmenschlichen Ursprungs verwendet, kann es jedoch zu einer Immunreaktion kommen, sodass das Protein sehr schnell aus dem K{\"o}rper ausgeschieden oder abgebaut wird. Um die Zirkulationszeit im Blut signifikant zu verl{\"a}ngern, werden die Proteine mit synthetischen Polymeren modifiziert (Protein-Polymer-Konjugate). Die Proteine aller heute auf dem Markt erh{\"a}ltlichen Medikamente dieser Art tragen eine oder mehrere Polymerketten aus Poly(ethylenglycol) (PEG). Ein Nachteil der PEGylierung ist, dass viele Patienten bei regelm{\"a}ßiger Einnahme dieser Medikamente Antik{\"o}rper gegen PEG entwickeln, die den effizienzsteigernden Effekt der PEGylierung wieder aufheben. Ein weiterer Nachteil der PEGylierung ist die oftmals deutlich verringerte Aktivit{\"a}t der Konjugate im Vergleich zum nativen Protein. Der Grund daf{\"u}r ist die Herstellungsmethode der Konjugate, bei der meist die prim{\"a}ren Amine der Lysin-Seitenketten und der N-Terminus des Proteins genutzt werden. Da die meisten Proteine mehrere gut zug{\"a}ngliche Lysine aufweisen, werden oft unterschiedliche und teilweise mehrere Lysine mit PEG funktionalisiert, was zu einer Mischung an Regioisomeren f{\"u}hrt. Je nach Position der PEG-Kette kann das aktive Zentrum abgeschirmt oder die 3D-Struktur des Proteins ver{\"a}ndert werden, was zu einem teilweise drastischen Aktivit{\"a}tsabfall f{\"u}hrt. In dieser Arbeit wurde eine neuartige Methode zur Ligation von Makromolek{\"u}len untersucht. Die Verwendung eines Enzyms als Katalysator zur Verbindung zweier Makromolek{\"u}le ist bisher wenig untersucht und ineffizient. Als Enzym wurde Sortase A ausgew{\"a}hlt, eine gut untersuchte Ligase aus der Familie der Transpeptidasen, welche die Ligation zweier Peptide katalysieren kann. Ein Nachteil dieser Sortase-vermittelten Ligation ist, dass es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, wodurch hohe Ausbeuten schwierig zu erreichen sind. Im Rahmen dieser Dissertation wurden zwei zuvor entwickelte Methoden zur Verschiebung des Gleichgewichts ohne Einsatz eines großen {\"U}berschusses von einem Edukt f{\"u}r Makromolek{\"u}le {\"u}berpr{\"u}ft. Zur Durchf{\"u}hrung der Sortase-vermittelten Ligation werden zwei komplement{\"a}re Peptidsequenzen verwendet, die Erkennungssequenz und das Nukleophil. Um eine systematische Untersuchung durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, wurden alle n{\"o}tigen Bausteine (Protein-Erkennungssequenz zur Reaktion mit Nukleophil-Polymer und Polymer-Erkennungssequenz mit Nukleophil-Protein) hergestellt. Als Polymerisationstechnik wurde die radikalische Polymerisation mit reversibler Deaktivierung (im Detail, Atom Transfer Radical Polymerization, ATRP und Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer, RAFT polymerization) gew{\"a}hlt, um eine enge Molmassenverteilung zu erreichen. Die Herstellung der Bausteine begann mit der Synthese der Peptide via automatisierter Festphasen-Peptidsynthese, um eine einfache {\"A}nderung der Peptidsequenz zu gew{\"a}hrleisten und um eine Modifizierung der Polymerkette nach der Polymerisation zu umgehen. Um die ben{\"o}tigte unterschiedliche Funktionalit{\"a}t der zwei Peptidsequenzen (freier C-Terminus bei der Erkennungssequenz bzw. freier N-Terminus bei dem Nukleophil) zu erreichen, wurden verschiedene Linker zwischen Harz und Peptid verwendet. Danach wurde der Ketten{\"u}bertr{\"a}ger (chain transfer agent, CTA) zur Kontrolle der Polymerisation mit dem auf dem Harz befindlichen Peptid gekoppelt. Die f{\"u}r die anschließende Polymerisation verwendeten Monomere basierten auf Acrylamiden und Acrylaten und wurden anhand ihrer Eignung als Alternativen zu PEG ausgew{\"a}hlt. Es wurde eine k{\"u}rzlich entwickelte Technik basierend auf der RAFT-Polymerisation (xanthate-supported photo-iniferter RAFT, XPI-RAFT) verwendet um eine Reihe an Peptid-Polymeren mit unterschiedlichen Molekulargewichten und engen Molekulargewichtsverteilungen herzustellen. Nach Entfernung der Schutzgruppen der Peptid-Seitenketten wurden die Peptid-Polymere zun{\"a}chst genutzt, um mittels Sortase-vermittelter Ligation zwei Polymerketten zu einem Blockcopolymer zu verbinden. Unter Verwendung von Ni2+-Ionen in Kombination mit einer Verl{\"a}ngerung der Erkennungssequenz um ein Histidin zur Unterdr{\"u}ckung der R{\"u}ckreaktion konnte ein maximaler Umsatz von 70 \% erreicht werden. Dabei zeigte sich ein oberes Limit von durchschnittlich 100 Wiederholungseinheiten; die Ligation von l{\"a}ngeren Polymeren war nicht erfolgreich. Danach wurden ein Modellprotein und ein Nanobody mit vielversprechenden medizinischen Eigenschaften mit den f{\"u}r die enzymkatalysierte Ligation ben{\"o}tigten Peptidsequenzen f{\"u}r die Kopplung mit den zuvor hergestellten Peptid-Polymeren verwendet. Dabei konnte bei Verwendung des Modellproteins keine Bildung von Protein-Polymer-Konjugaten beobachtet werden. Der Nanobody konnte dagegen C-terminal mit einem Polymer funktionalisiert werden. Dabei wurde eine {\"a}hnliche Limitierung in der Polymer-Kettenl{\"a}nge beobachtet wie zuvor. Die auf Ni-Ionen basierte Strategie zur Gleichgewichtsverschiebung hatte hier keinen ausschlaggebenden Effekt, w{\"a}hrend die Verwendung von einem {\"U}berschuss an Polymer zur vollst{\"a}ndigen Umsetzung des Edukt-Nanobody f{\"u}hrte. Die erhaltenen Daten aus diesem Projekt bilden eine gute Basis f{\"u}r weitere Forschung in dem vielversprechenden Feld der enzymkatalysierten Herstellung von Protein-Polymer-Konjugaten und Blockcopolymeren. Langfristig k{\"o}nnte diese Herangehensweise eine vielseitig einsetzbare Herstellungsmethode von ortsspezifischen therapeutischen Protein-Polymer Konjugaten darstellen, welche sowohl eine hohe Aktivit{\"a}t als auch eine lange Zirkulationszeit im Blut aufweisen.},
  language  = {en}
}