Biophysical characterization of aggregation and gelation in concentrated solutions of eye lens crystallin proteins

Abstract

Crystallin proteins (α,β and γ) are the most important proteins present in the eye lens. Proteins are subject to continuous degradation and replacement, but eye lens proteins must remain stable and soluble for a lifetime. Aggregation of these crystallin proteins leads to cataract. This work is an attempt to understand the aggregation tendency of the crystallin proteins specifically under heat stress conditions. Initially, low resolution NMR was used to study the heat-induced aggregation of two crystallin proteins, bovine γB and bovine α-crystallin under crowding conditions. The gels formed by bovine α-crystallin are further investigated and compared to the aggregation and gelation of human αB-crystallin. Lastly, the change in resolution of solid-state NMR spectra of human αB-crystallin with increasing MAS spinning frequency was evaluated, by accessing the slower motions using T1ρ relaxation measurement.

Die Kristallinproteine (α,β und γ) sind die wichtigsten Proteine der Augenlinse. Proteine werden ständig abgebaut und ersetzt, aber die Proteine der Augenlinse müssen ein Leben lang stabil und löslich bleiben. Die Aggregation dieser Kristallinproteine führt zu Katarakt. Diese Arbeit ist ein Versuch, die Aggregationstendenz der Kristallinproteine speziell unter Hitzestressbedingungen zu verstehen. Zunächst wurde die hitzebedingte Aggregation von zwei Kristallinproteinen, bovinem γB und bovinem α-Kristallin, unter Crowding-Bedingungen mit niedrig auflösender NMR untersucht. Die von bovinem α-Crystallin gebildeten Gele werden weiter untersucht und mit der Aggregation und Gelierung von menschlichem αB-Crystallin verglichen. Zuletzt wurde die Veränderung der Auflösung von Festkörper-NMR-Spektren von menschlichem αB-Kristallin mit steigender MAS-Spinnfrequenz evaluiert, indem die langsameren Bewegungen durch T1ρ Relaxationsmessungen zugänglich gemacht wurden.