Strukturelle und funktionelle Charakterisierung eines neuartigen bakteriellen Cryptochroms sowie Analysen von mikrobiellen Photolyasen

Cryptochrome und Photolyasen sind eine Gruppe ubiquitärer, FAD bindender, blaulichtabhängiger Signalproteine bzw. Enzyme, welche zusammen die Photolyase/Cryptochrom-Superfamilie (PCSf) bilden. Während Photolyasen UV-induzierte DNA-Läsionen zwischen benachbarten Pyrimidinbasen, nämlich die Cyclobu...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Geisselbrecht, Yann
Beteiligte: Essen, Lars-Oliver (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2013
Chemie
Ausgabe:http://dx.doi.org/10.17192/z2013.0125
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:Cryptochrome und Photolyasen sind eine Gruppe ubiquitärer, FAD bindender, blaulichtabhängiger Signalproteine bzw. Enzyme, welche zusammen die Photolyase/Cryptochrom-Superfamilie (PCSf) bilden. Während Photolyasen UV-induzierte DNA-Läsionen zwischen benachbarten Pyrimidinbasen, nämlich die Cyclobutanpyrimidindimere (CPD) und die (6-4)-Pyrimidin-pyrimidon-Photoprodukte ((6-4)), erkennen und blaulichtabhängig reparieren, üben Cryptochrome regulatorische Funktionen in vivo aus. Die pflanzlichen Vertreter sind in der Antwort auf Blaulichtreize involviert und nehmen Einfluss auf Wachstum, Entwicklung und die circadiane Uhr von Pflanzen. In Tieren partizipieren Cryptochrome in der circadianen Uhr als Blaulichtsensensor (Typ-I), oder lichtunabhängig als Teil des zentralen Oszillators (Typ-II). Cryptochrome aus Bakterien sind weniger gut untersucht, der bestcharakterisierte Vertreter aus Synechocystis sp. PCC6803 gehört zur CryDASH-Familie, deren genaue biologische Funktion noch immer unklar ist. In dieser Arbeit erfolgte eine funktionelle und die erste strukturelle Charakterisierung eines echten bakteriellen Cryptochroms, des Cryptochroms B aus Rhodobacter sphaeroides (RsCryB). RsCryB zeigt keine DNA-Reparaturaktivität und reguliert die Photosynthese von R. sphaeroides auf dem Transkriptlevel sauerstoff- und blaulichtabhängig. RsCryB definiert eine neue, überwiegend in Proteobakterien auftretende Proteinfamilie in der PCSf, die proteobakteriellen Cryptochrome (CryPro). Trotz geringer Sequenzidentitäten zu anderen Vertretern der PCSf ist die Struktur der CryPro-Familie homolog zur konservierten Überstruktur der Superfamilie. Überraschenderweise konnte in RsCryB ein [4Fe-4S]-Cluster identifiziert werden, der neben dem katalytischen Kofaktor FAD das bestimmende Element der C-terminalen Domäne ist. Dieser Cluster ist strukturell und chemisch verwandt mit bekannten Clustern aus eukaryotischen Primaseuntereinheiten, wie durch EPR-Experimente gezeigt werden konnte. Daneben wurde in RsCryB mit 6,7-Dimethyl-8-ribityl-lumazin, ein für die PCSf neuer Antennenchromophor identifiziert. Diese Studien werden ergänzt durch eine Analyse der DNA-Bindung der Klasse II CPD-Photolyasen aus Methanosarcina mazei (MmCPDII), sowie durch die Analyse des vollständig reduzierten Zustandes der MmCPDII mittels Ultrakurzzeitspektroskopie. In einem dritten Teilprojekt konnte der Antennenchromophor der (6-4)-Photolyase aus Dunaliella salina als 8-Hydroxy-5-deazaflavin identifiziert und die in vitro Reparatur des (6-4)-Schadens durch das Enzym demonstriert werden.
DOI:http://dx.doi.org/10.17192/z2013.0125