Biomimetic Proteolipid Multilayers – Structure and Properties

For å forstå biologiske fenomener fullt ut, må man få detaljert informasjon om biomolekylenes struktur og funksjon. Proteiner er store molekyler som også kan betraktes som biologiske nanopartikler. Dette prosjektet fokuserer på spesifikke biologiske strukturer: molekylære flerlag dannet av lipid og protein. En slik struktur er myelinskjeden i nervesystemet, noe som er viktig for normal ledning av nerveimpulser. Myelin muliggjør raske nerveimpulser langs nevronale axoner, og nedbrytningen av myelinstrukturen er knyttet til kroniske nevrologiske sykdommer, som multippel sklerose. Vi vil studere den molekylære strukturen til myelin på ulike detaljnivåer, ved hjelp av moderne tverrfaglige metoder og store internasjonale forskningsinfrastrukturer. De forventede resultatene vil variere fra strukturer av individuelle proteinmolekyler på atomnivå til de fysisk-kjemiske egenskapene, strukturen og dynamikken til biomolekylære flerlagstrukturer. Resultatene fra dette grunnforskningsprosjektet vil gi et enestående syn på flerlag dannet av protein og lipid i biologiske systemer, med et spesielt fokus på de molekylære detaljene i myelin. De vil både muliggjøre en bedre forståelse av strukturen og funksjonen til virveldyrnervesystemet og kaste lys over molekylære mekanismer for kroniske demyeliniserende sykdommer hos mennesker.

Biological membranes are organized assemblies of protein and lipid molecules. But how exactly do such tightly controlled biostructures form at the molecular level? How do the individual molecules interact; is there synergy/competition? My model system is myelin, a tightly packed proteolipid multilayer, which is important for the normal functioning of the vertebrate nervous system. This proposal will cover new avenues of fundamental research on proteolipid biomembranes, especially ones that form spontaneous multilayers. I will provide information on the assembly of biomolecular supracomplexes and proteolipid membrane multilayers. The project will range from the molecular to the supramolecular level (from the nano to the meso scale) and focus on both structure and dynamics of the system. High-resolution structural and dynamical studies on myelin-like multilayers (“artificial myelin”), as well as the detailed molecular steps involved in their assembly, will be carried out with various techniques. These studies will provide an unprecendented view into the molecular structure and properties of the myelin sheath and possible mechanisms of eventual demyelinating disease. The results can be used to further understand other biological systems relying on the formation of ordered 3D assemblies of protein and lipid. As a specific case, the results will shed light on the molecular mechanisms of human demyelinating disease.