CIQTEK EPR200M ermöglicht Peer-Review-Forschung an Tau-Membranen an der Universität Bordeaux, Frankreich

Wichtigste Erkenntnisse und Nutzen auf einen Blick

Das Verständnis der Wechselwirkungen intrinsisch ungeordneter Proteine mit biologischen Membranen stellt seit Langem eine Herausforderung in der Biophysik dar. In einer kürzlich veröffentlichten Studie… Biophysikalische Chemie (2026, 329:107550), Dr. Yann Fichou und sein Team bei der Universität Bordeaux, Frankreich entwickelte ein robustes quantitative EPR-Spektroskopie Methode zur direkten Messung Tau-Protein-Lipid-Wechselwirkungen Ihr Ansatz verzichtet auf indirekte Sonden oder relative Fluoreszenzsignale und ermöglicht so eine präzise, absolute Quantifizierung sowohl freier als auch membrangebundener Proteinpopulationen.

Verwendung der CIQTEK EPR200M Tisch-EPR-Spektrometer im X-Band Das Team hat das Bindungsverhalten quantitativ aufgeklärt. Tau-Protein an negativ geladenen Lipidmembranen, extrahierten absolute Konzentrationen freier und gebundener Proteinpopulationen und ermittelten die Bindungsaffinität mit minimalem experimentellem Aufwand. Diese Arbeit liefert nicht nur wichtige mechanistische Einblicke in die Tau-Membran-Interaktionen, sondern demonstriert auch die Leistungsfähigkeit von CW EPR zur quantitativen Analyse in komplexen biologischen Systemen.

Hintergrund: Warum die Quantifizierung von Protein-Lipid-Wechselwirkungen so schwierig ist

Protein-Lipid-Wechselwirkungen spielen eine zentrale Rolle bei der zellulären Signalübertragung, der Membranorganisation und der Aggregation pathologischer Proteine. Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit gilt die Interaktion zwischen dem Tau-Protein und Zellmembranen als ein entscheidendes frühes Ereignis, das die pathologische Aggregation auslöst.

Trotz ihrer Bedeutung bleibt die quantitative Charakterisierung dieser Wechselwirkungen eine Herausforderung. Biologische Membranen sind heterogen, dynamisch und reagieren äußerst empfindlich auf experimentelle Bedingungen. Die Wechselwirkungen selbst sind oft schwach, transient und umfassen mehrere Konformationszustände. Konventionelle Methoden wie Fluoreszenz- oder kolorimetrische Assays liefern typischerweise relative Signale und erfordern Kalibrierkurven, die zusätzliche Unsicherheiten mit sich bringen.

EPR-Spektroskopie bietet einen grundlegend anderen Ansatz. Durch die direkte Untersuchung der Dynamik von spinmarkierten Molekülen, quantitative EPR bietet ein sensibles und genaues Fenster zur molekularen Bewegung, Bindung und Konformationsbeschränkung und ermöglicht so die präzise Bestimmung von Protein-Lipid-Wechselwirkungen.

Von Spektrallinienformen zur molekularen Bindungsdynamik

Tau ist ein intrinsisch ungeordnetes Protein, und seine Interaktion mit Lipidmembranen beinhaltet subtile Veränderungen der molekularen Beweglichkeit und keine großen strukturellen Umlagerungen. CW EPR besonders gut für das Problem geeignet.

Das Tau-Protein wurde mittels ortsspezifischer Spinmarkierung (SDSL) markiert. Kontinuierliche EPR-Spektren wurden auf dem CIQTEK EPR200M bei Raumtemperatur und 150 K bei gleichzeitiger Erhöhung der Konzentration von POPS-Multilamellarvesikeln (MLVs).

Freies Tau zeigt ein schmales, symmetrisches Drei-Linien-Spektrum, das einer schnellen isotropen Bewegung (τc ≈ 0,383 ns) entspricht und charakteristisch für intrinsisch ungeordnete Proteine ist. Mit steigender POPS-Konzentration deuten eine spektrale Verbreiterung und längere Rotationskorrelationszeiten (bis zu 2,25 ns) auf eine zunehmende Einschränkung der Tau-Bewegung bei Membranbindung hin.

Abbildung 1. (A) CW-EPR-Spektren von spinmarkiertem Tau bei Raumtemperatur während der Titration mit steigenden Konzentrationen von POPS MLVs, die allmähliche Änderungen der Linienform zeigen.
(B) EPR-Spektren und Simulationen von spinmarkiertem Tau im gefrorenen Zustand (150 K) in Abwesenheit (blau) und Anwesenheit (rot) von 25 mM POPS MLVs.
(C) EPR-Spektrum von Tau-Monomeren bei Raumtemperatur in freier Umgebung.
(D) EPR-Spektrum von Tau-Monomeren in eingeschränkter Umgebung bei Raumtemperatur. Die Tau-Konzentration betrug 50 μM. Die freie Umgebung entspricht Tau in Pufferlösung, während die eingeschränkte Umgebung Tau in einer Lösung mit MLVs entspricht.

Absolute Quantifizierung mittels Zweikomponenten-Spektraldekonvolution

Ein entscheidender Durchbruch dieser Arbeit ist die Verwendung der EPR-Signalintensität zur absoluten Quantifizierung. Die Signalintensität ist direkt proportional zur Anzahl der ungepaarten Elektronen, was eine präzise Bestimmung der Konzentrationen freier und gebundener Proteine ohne Kalibrierstandards ermöglicht.

Durch die Nutzung der hohen Basisstabilität und des Signal-Rausch-Verhältnisses des CIQTEK EPR200M Die experimentellen Spektren wurden linear in freie und membrangebundene Komponenten zerlegt. Diese Zweikomponenten-Dekonvolution ermöglicht die Berechnung absoluter Proteinkonzentrationen und bildet somit eine solide Grundlage für die Erstellung von Bindungsmodellen vom Hill-Typ sowie die Bestimmung scheinbarer Dissoziationskonstanten (K_D).

Abbildung 2. (A) Experimentelle EPR-Spektren von spinmarkiertem Tau bei verschiedenen POPS-Konzentrationen (schwarz) und entsprechende Best-Fit-Simulationen (blau bis rot).
(B) Beispiel einer Spektralzerlegung in freie (blau) und gebundene (orange gefüllte) Komponenten.

Minimalistische Strategie zur schnellen und genauen Affinitätsbestimmung

Die Fehlerfortpflanzungsanalyse identifizierte optimale Bedingungen für eine genaue K_D-Bestimmung: Wenn etwa die Hälfte der Tau-Population gebunden ist (θ ≈ 0,4–0,6), wird die experimentelle Unsicherheit minimiert. Eine einzelne EPR-Messung mit der EPR200M Es genügt, scheinbare Dissoziationskonstanten zu erhalten, die mit den Ergebnissen der vollständigen Titration übereinstimmen, wodurch sowohl die Versuchszeit als auch der Verbrauch wertvoller Proben reduziert werden.

Zuverlässige Leistung – von internationalen Nutzern geschätzt

Der CIQTEK EPR200M Es zeichnet sich durch stabile Mikrowellenleistung, hohe Empfindlichkeit und zuverlässigen Betrieb bei Raumtemperatur aus. Diese Eigenschaften ermöglichen die reproduzierbare Datenerfassung komplexer biologischer Proben, von der Dynamik bei Raumtemperatur bis hin zur Tieftemperatur-Hyperfeinanalyse.

Der erfolgreiche Antrag an der Universität Bordeaux bestätigt, dass die Instrumente von CIQTEK eine solide Grundlage für die Spitzenforschung in den Lebenswissenschaften in Europa und weltweit bieten.

CIQTEK EPR-Lösungen für quantitative Forschung

CIQTEK bietet ein umfassendes Sortiment an EPR-Instrumente :

• X-Band CW- und Pulssysteme : Tisch- oder Standgerät, kompatibel mit Modulen für variable Temperatur, Licht, Elektrochemie und In-situ-Anwendungen.

• Hochfeld-Q- und W-Band-Systeme Höhere Magnetfelder und spektrale Auflösung für Material-, Quantenzustands- und fortgeschrittene biophysikalische Studien.

Mit nachgewiesener Leistungsfähigkeit CIQTEK EPR-Instrumente sind installiert über Europa, Nordamerika und Asien , unterstützt Hunderte von Forschungslaboren und Industriepartnern weltweit.