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Exendin-4 is a pharmaceutical peptide used in the control of insulin secretion. Structural information on exendin-4 and related peptides especially on the level of quaternary structure is scarce. We present the first published association equilibria of exendin-4 directly measured by static and dynamic light scattering. We show that exendin-4 oligomerization is pH dependent and that these oligomers are of low compactness. We relate our experimental results to a structural hypothesis to describe molecular details of exendin-4 oligomers. Discussion of the validity of this hypothesis is based on NMR, circular dichroism and fluorescence spectroscopy, and light scattering data on exendin-4 and a set of exendin-4 derived peptides. The essential forces driving oligomerization of exendin-4 are helix–helix interactions and interactions of a conserved hydrophobic moiety. Our structural hypothesis suggests that key interactions of exendin-4 monomers in the experimentally supported trimer take place between a defined helical segment and a hydrophobic triangle constituted by the Phe22 residues of the three monomeric subunits. Our data rationalize that Val19 might function as an anchor in the N-terminus of the interacting helix-region and that Trp25 is partially shielded in the oligomer by C-terminal amino acids of the same monomer. Our structural hypothesis suggests that the Trp25 residues do not interact with each other, but with C-terminal Pro residues of their own monomers.
Purpose: Comparison of the dissociation kinetics of rapid-acting insulins lispro, aspart, glulisine and human insulin under physiologically relevant conditions.
Methods: Dissociation kinetics after dilution were monitored directly in terms of the average molecular mass using combined static and dynamic light scattering. Changes in tertiary structure were detected by near-UV circular dichroism.
Results: Glulisine forms compact hexamers in formulation even in the absence of Zn2+. Upon severe dilution, these rapidly dissociate into monomers in less than 10 s. In contrast, in formulations of lispro and aspart, the presence of Zn2+ and phenolic compounds is essential for formation of compact R6 hexamers. These slowly dissociate in times ranging from seconds to one hour depending on the concentration of phenolic additives. The disadvantage of the long dissociation times of lispro and aspart can be diminished by a rapid depletion of the concentration of phenolic additives independent of the insulin dilution. This is especially important in conditions similar to those after subcutaneous injection, where only minor dilution of the insulins occurs.
Conclusion: Knowledge of the diverging dissociation mechanisms of lispro and aspart compared to glulisine will be helpful for optimizing formulation conditions of rapid-acting insulins.
Portal Wissen = Raum
(2012)
Mit „Portal Wissen“ laden wir Sie ein, die Forschung an der Universität Potsdam zu entdecken und in ihrer Vielfalt kennenzulernen. In der ersten Ausgabe dreht sich alles um „Räume“. Räume, in denen geforscht wird, solche, die es zu erforschen gilt, andere, die durch Wissenschaft zugänglich oder erschlossen werden, aber auch Räume, die Wissenschaft braucht, um sich entfalten zu können. Forschung vermisst Räume: „Wissenschaft wird von Menschen gemacht“, schrieb der Physiker Werner Heisenberg. Umgekehrt lässt sich sagen: Wissenschaft macht Menschen, widmet sich ihnen, beeinflusst sie. Dieser Beziehung ist „Portal Wissen“ nachgegangen. Wir haben Wissenschaftler getroffen, sie gefragt, wie aus ihren Fragen Projekte entstehen, haben sie auf dem oft verschlungenen Weg zum Ziel begleitet. Ein besonderes Augenmerk dieses Heftes gilt den „Kulturellen Begegnungsräumen“, denen ein eigener Profilbereich der Forschung an der Universität Potsdam gewidmet ist.
Forschung hat Räume: Labore, Bibliotheken, Gewächshäuser oder Archive – hier ist Wissenschaft zu Liebe Leserinnen und Leser, Hause. All diese Orte sind so einzigartig wie die Wissenschaftler, die in ihnen arbeiten, oder die Untersuchungen, die hier stattfinden. Erst die Vision davon, wie ein Problem zu lösen ist, macht aus einfachen Zimmern „Laborräume“. Wir haben ihre Türen geöffnet, um zu zeigen, was – und wer – sich dahinter befindet.
Forschung eröffnet Räume: Wenn Wissenschaft erfolgreich ist, bewegt sie uns, bringt uns voran. Auf dem Weg einer wissenschaftlichen Erkenntnis aus dem Labor in den Alltag stehen mitunter Hürden, die meist nicht auf den ersten Blick zu erkennen sind. Auf jeden Fall aber ist ihre Anwendung erster Ausgangspunkt von Wissenschaft, Antrieb und Motivation jedes Forschers. „Portal Wissen“ zeigt, welche „Praxisräume“ sich aus der Übersetzung von Forschungsresultaten ergeben. Dort, wo wir es unbedingt erwarten, und dort, wo vielleicht nicht.
Forschung erschließt Räume: Bei Expeditionen, Feldversuchen und Exkursionen wird nahezu jede Umgebung zum mobilen Labor. So eröffnet Wissenschaft Zugänge auch zu Orten, die auf vielfach andere Weise verschlossen oder unzugänglich scheinen. Wir haben uns in Forscher- Reisetaschen gemogelt, um bei Entdeckungsreisen dabei zu sein, die weit weg – vor allem nach Afrika – führen. Zugleich haben wir beobachtet, wie „Entwicklungsräume“ sich auch von Potsdam aus erschließen lassen oder zumindest ihre Vermessung in Potsdam beginnen kann.
Forschung braucht Räume: Wissenschaft hat zwei Geschlechter, endlich. Noch nie waren so viele Frauen in der Forschung tätig wie derzeit. Ein Grund zum Ausruhen ist dies gleichwohl nicht. Deutschlandweit ist aktuell nur jede fünfte Professur von einer Frau besetzt. „Portal Wissen“ schaut, welche „Entwicklungsräume“ Frauen sich in der Wissenschaft, aber auch darüber hinaus geschaffen haben. Und wo sie ihnen verwehrt werden. Wir wünschen Ihnen eine anregende Lektüre und dass auch Sie einen Raum finden, der Sie inspiriert.
Prof. Dr. Robert Seckler
Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs