Unravelling the complexity of order within protein disorder

Osteopontin (OPN) ist ein intrinsisch ungeordnetes Protein mit zentralen Funktionen in diversen physiologischen und pathologischen Prozessen. Es liegt als stark posttranslational modifiziertes Protein vor und ist ein Bestandteil der extrazellulären Matrix, wo es mit verschiedenen Zelloberflächenrezeptoren und anderen Biomolekülen interagiert. Es wurde gezeigt, dass OPN in der Lage ist, kompakte Strukturen auszubilden. Diese sind vermutlich essentiell für die unterschiedlichen biologischen Funktionen des Proteins, da das dynamische Zusammenspiel zwischen verschiedenen Konformationen die Interaktion mit vielfältigen Bindungspartnern ermöglicht. In dieser Masterarbeit wurde die Kernspinresonanzmethode ”Paramagnetic Relaxation Enhancement” (PRE) eingesetzt, um die kompakten Strukturen von OPN zu charakterisieren. Hierfür wurden Spin Labels an verschiedenen Positionen angebracht und die resultierenden PRE Profile analysiert. Es wurden weiterhin Sequenzdeterminanten für Kompaktierung bestimmt und die Konservierung biophysikalischer Eigenschaften analysiert. OPN wurde in-vitro phosphoryliert und Bindungsstudien mit CD44, Hyaluronsäure und Heparin durchgeführt. Die Resultate dieser Studien ermöglichen eine weitere Charakterisierung der Interaktionen von OPN mit Zelloberflächenrezeptoren und Komponenten der extrazellulären Matrix und tragen zu einem besseren Verständnis für die Rolle der Kompaktierung von intrinsisch ungeordneten Proteinen in deren biologischen Funktionen bei.Osteopontin (OPN) is an intrinsically disordered, multifunctional protein recognised as a key player in a plethora of physiological and pathological processes. The extracellular matrix protein is subject to various post-translational modifications and interacts with different cell-surface receptors. There is strong evidence that OPN dynamically samples compact states, which are likely relevant for its versatile biological functions as the intricate interplay between extended and compacted conformations facilitates interactions with variable binding partners. In this thesis, paramagnetic relaxation enhancement (PRE) was utilised to characterise the compact states of both quail and human OPN by introducing spin labels at various positions of the proteins and analysing the resulting PRE profiles. The sequence determinants for compaction in OPN were studied and the conservation of biophysical properties from the primary sequence determined. Furthermore, phosphorylation of OPN and interaction studies with its binding partners CD44, hyaluronic acid and heparin were conducted. This work paves the way for further characterisation of OPN binding to membrane-receptors and extracellular components as well as understanding the importance of compaction in intrinsically disordered proteins for their biological functions