Bedeutung von Rezeptorclustern  für eine effiziente Oligomerisierung von porenbildenden Toxine

Eine Reihe von Bakterien sind in der Lage, Körperzellen ihres Wirtsorganismus zu lysieren. Um dies zu erreichen, schütten diese Bakterien Proteine oder Peptide (sogenannte Toxine) aus, die spontan an die Membran der Zielzelle binden und sich dort zu größeren Aggregaten (Oligomeren) zusammenlagern. Schließlich verändern sie ihre Struktur so, dass sich ein membrandurchspannender Kanal bildet. Der Prozess der Porenbildung lässt sich in drei Teilschritte unterteilen: Bindung, Oligomerisierung und Insertion. Der erste Schritt, die Bindung an die Membran, erfolgt an Toxin-spezifische Moleküle, die sich natürlicherweise in der Zellmembran befinden. Die Dichte dieses Ankerpunktes auf der Membran, die Wahrscheinlichkeit, dass ein Toxin-Monomer gebunden ist, und seine Beweglichkeit (Diffusion innerhalb der Membran) bestimmt darüber, wie häufig sich zwei membrangebundene Toxine treffen und so größere Aggregate bilden können. Bei einer für das Toxin charakteristischen Größe kann dieses Oligomer durch einen Konformationsübergang (Insertion) ein Pore bilden. Ziel des Projekts ist es, die Kinetik dieses Vorgangs der Bindung, Oligomerisierung und Konformationsänderung als Markovkette zu simulieren, um qualitative und quantitative Eigenschaften zu erhalten. Die Markovkette muss das System in dem Sinne vereinfachen, dass als Ortsraum ein zweidimensionales endliches Gitter gewählt wird, auf dem Partikel eingefügt und entfernt werden (= Bindung der Monomere an die Membran), und die verschmelzende Irrfahrten (= Oligomerisierung) durchführen. Hierbei gibt es eine große Anzahl von Freiheitsgraden, die Parameter wie etwa Diffusionskonstanten, Verschmelzungsraten etc., einzustellen. Es soll untersucht werden, für welche Bereiche der Parameterwerte die experimentell gewonnenen Beobachtungen reproduziert werden, um damit den Wirkmechanismus zu verstehen, insbesondere welche verstärkende Wirkung eine zweidimensionale Clusterung der Bindungsstellen haben kann.