Proteindynamik und Substraterkennung humaner Blutgruppenglycosyltransferasen

Projekt: DFG-ProjekteDFG Einzelförderungen

Projektdetails

Projektbeschreibung

Es ist bekannt,dass die humane Blutgruppe A und B Glycosyltransferasen (GTA und GTB) allosterisch durch Donor- und Akzeptorsubstrate kontrolliert werden. Basierend auf unseren bisherigen Ergebnissen stellen wir die Hypothese auf, dass diese Kontrollmechanismen nur verstanden werden können, wenn ein kausaler Zusammenhang zur Proteindynamik hergestellt wird. Wir schlagen daher vor, die Proteindynamik von GTA und GTB mit NMR-Experimenten zu untersuchen und parallel dazu isotherme Titrationskalorimetrie (ITC) mit neuartigen Inhibitoren durchzuführen, die mit der Bewegung des internen Loops in GTA und GTB interferieren. Aufgrund der Größe der Targetproteine (70 kDa) werden wir zunächst auf 13C-Methlygruppenlabeling und Methyl-TROSY basierte NMR-Experimente zurückgreifen. Wir werden dann die Daten zur Proteindynamik mit den kalorimetrischen Daten verknüpfen, um schließlich neue Prinzipien der Wirkweise dieser Enzme zu entschlüsseln.

Ergebnisbericht

Die NMR-spektroskopischen Studien an den humanen Blutgruppe A und B Glycosyltransferasen GTA und GTB haben zu einem Verständnis der allosterischen Regulierung dieser Enzyme durch Modulierung von Dissoziations- und Assoziationsgeschwindigkeitskonstanten geführt. Hieraus lassen sich interessante mechanistische Schlussfolgerungen ziehen. Beispielsweise sollte nach unseren Ergebnissen die Spezifität der Enzyme für verschiedene Blutgruppentypen in vivo davon abhängen, ob die sogenannte Donorroute oder die Akzeptorroute eingeschlagen wird. Dies wiederum hängt von den Konzentrationsverhältnissen der Akzeptor- und Donorsubstrate im entsprechenden Kompartiment in der Zelle (hier: Golgi-Apparat) ab. So kann also die Biosynthese von Blutgruppenantigenen vom Typ 1 bis zum Typ 6 über Konzentrationsverhältnisse von Substraten geregelt werden. Die ermittelten Dissoziations- und Assoziationsgeschwindigkeitskonstanten geben indirekt auch Auskunft über die dem Glycosyltransfer zugrunde liegende Proteindynamik. Die Dissoziationsgeschwindigkeitskonstanten stellen eine natürliche Untergrenze für die Übergänge zwischen der offenen, der halbgeschlossenen und der geschlossenen Konformation dar. Überraschend war die Beobachtung, dass GTA und GTB im apo-Zustand wie auch in den Substrat-gesättigten Formen keine nennenswerte Relaxationsdispersion zeigten. Da andererseits sowohl in den Backbone TROSY HSQC wie auch in den Methyl TROSY Spektren nur ein Satz von Kreuzsignalen beobachtet wird, können langsame Konformationsumwandlungen ausgeschlossen werden. Folglich können die beobachteten Konformationsumwandlungen nur durch Bindung an Substrate hervorgerufen werden. Damit grenzen sich diese Glycosyltransferasen gegen andere Enzyme wie etwa Cyclophilin A mechanistisch ab. Methodisch konnte gezeigt werden, dass Methyl TROSY basierte Techniken für die NMR- spektroskopische Untersuchung von Glycosyltransferasen hervorragend geeignet sind. Es wird sicher interessant sein, mit diesen "Werkzeugen" weitere Glycosyltransferasen zu untersuchen. Insbesondere eröffnen die beschriebenen Experimente neue Perspektiven für die Entwicklung von Glycosyltransferaseinhibitoren - von denen es nach wie vor kaum brauchbare Prototypen gibt. Beispielsweise ist denkbar, dass die Optimierung einer Leitstruktur nicht nur auf die Messung von Dissoziationskonstanten zurückgreift, sondern gleichzeitig die Assoziations-/Dissoziationskinetik in Betracht zieht.
Statusabgeschlossen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende01.01.1401.01.18

UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung

2015 einigten sich UN-Mitgliedstaaten auf 17 globale Ziele für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) zur Beendigung der Armut, zum Schutz des Planeten und zur Förderung des allgemeinen Wohlstands. Die Arbeit dieses Projekts leistet einen Beitrag zu folgendem(n) SDG(s):

  • SDG 3 – Gesundheit und Wohlergehen

Strategische Forschungsbereiche und Zentren

  • Forschungsschwerpunkt: Infektion und Entzündung - Zentrum für Infektions- und Entzündungsforschung Lübeck (ZIEL)
  • Zentren: Zentrum für Medizinische Struktur- und Zellbiologie (ZMSZ)

DFG-Fachsystematik

  • 201-04 Strukturbiologie