Promotionsvortrag von Marc Moron

Der Einfluss diverser thermodynamischer Parameter auf die Protein-Protein Wechselwirkung, sowie das Phasenverhalten von konzentrierten Proteinlösungen ist von fundamentaler Bedeutung für viele physiologische Prozesse. Diese Arbeit befasst sich insbesondere mit dem Einfluss des hydrostatischen Drucks und der Temperatur auf die Kinetik und Dynamik der flüssig-flüssig Phasenseparation (LLPS) in Lysozymlösungen. Die LLPS übernimmt einerseits funktionelle Aufgaben, wie beispielsweise die Bildung membranloser Organellen oder die Übertragung von Nervensignalen. Andererseits ist eine fehlregulierte LLPS an pathogenen Prozessen, wie der Entstehung von Alzheimer oder Katarakt beteiligt. Aus diesem Grund ist es von großer Bedeutung die zugrundeliegenden Mechanismen der LLPS vollständig zu verstehen. In der Vergangenheit befassten sich viele Studien mit der Untersuchung der Protein-Protein Wechselwirkung und des Phasenverhaltens in konzentrierten Proteinlösungen mittels Röntgenkleinwinkelstreuung. Allerdings wurde in diesen Studien das System charakterisiert, nachdem die LLPS vollständig abgeschlossen war, wodurch Informationen über die Kinetik und Dynamik während der Ausbildung der kondensierten Phase verloren gingen. Deshalb wurden in dieser Arbeit Röntgenphotonenkorrelationsspektroskopie-Messungen (XPCS) an konzentrierten Proteinlösungen während der LLPS durchgeführt. XPCS ist das Röntgenanalogon zur dynamischen Lichtstreuung (DLS), mit dem Unterschied das kohärente Röntgenstrahlung anstelle von Laserlicht verwendet wird. Durch die kleinere Wellenlänge der Strahlung kann somit die Dynamik auf kürzeren Längenskalen auch in trüben Proben untersucht werden. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung der Kinetik und Dynamik in Abhängigkeit der Quenchtiefe. Im Fall des hydrostatischen Drucks, konnte gezeigt werden, dass sich mit steigender Quenchtiefe das Wachstum der konzentrierten Phase verlangsamt und das System für die größten Quenchtiefen ein nanostrukturiertes Gelnetzwerk bildet. Die Autokorrelationsfunktionen zeigten zwei Zerfälle, wobei der schnelle Zerfall der Oberflächenbildung und der langsame Zerfall dem Wachstumsprozess zugeordnet werden konnte. Für die temperaturinduzierte LLPS wurde eine deutlich langsamere Dynamik und die Ausbildung größerer Strukturen beobachtet. Der zweite Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Untersuchung der Dynamik in homogenen Proteinlösungen. Durch Kombination von DLS- und XPCS-Messungen konnte die Existenz von Clustern in Lysozymlösungen nachgewiesen und gezeigt werden, dass die charakteristischen Zeiten einzelner Proteine in homogenen Lösungen schneller sind, als die Wiederholrate der verwendeten Detektoren.

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