Architektur und Funktion eubakterieller Dodecine - eine neuartige Proteinfamilie Kofaktor-speichernder Proteine

Dodecine sind kleine Flavin-bindende Proteine, die während eines inversen Strukturgenomik-Projektes im Archaebakterium H. salinarum entdeckt worden sind. Die nur 7.4 kDa großen monomeren Untereinheiten mit einfachem beta-alpha-beta-beta-Faltungsmotiv bilden dodecamere Komplexe mit kubischer 23-Punkt...

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Main Author: Meißner, Britta
Contributors: Essen, Lars-Oliver (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2015
Chemie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Dodecine sind kleine Flavin-bindende Proteine, die während eines inversen Strukturgenomik-Projektes im Archaebakterium H. salinarum entdeckt worden sind. Die nur 7.4 kDa großen monomeren Untereinheiten mit einfachem beta-alpha-beta-beta-Faltungsmotiv bilden dodecamere Komplexe mit kubischer 23-Punktsymmetrie, die einen inneren Hohlraum aufweisen. Die Flavine werden in Form von Dimeren in Bindungstaschen entlang der zweizähligen Achsen des Komplexes gebunden und bilden mit zwei benachbarten Tryptophanresten eine bislang einzigartige aromatische Tetrade. Diese Arbeit legt einen Grundstein für das Verständnis der Flavinbindung in eubakteriellen Dodecinen. Durch das Lösen der 2.6 und 1.7 Å Kristallstrukturen der heterolog exprimierten Dodecine aus T. thermophilus und M. tuberculosis konnte gezeigt werdem, dass eubakterielle Dodecine einen anderen Bindungsmodus aufweisen, als zuvor für das haloarchaeale Dodecin publiziert. Einzelne Punktmutationen der Reste, in denen sich eubakterielle Dodecine von dem archaebakteriellen Typus unterscheiden, weisen jedoch denselben Bindungsmodus auf wie der Wildtyp, wie durch Lösen der 2.6 und 1.3 Å Kristallstrukturen der T. thermophilus Dodecin R45A- und R65A-Mutanten gezeigt werden konnte. Spektroskopische Untersuchungen des T. thermophilus WT-Proteins und seiner W38Y- und W38F-Mutanten zur Charakterisierung der Funktion der aromatischen Tetrade geben deutliche Hinweise auf elektronische Interaktionen zwischen Flavin und der benachbarten aromatischen Aminosäure, die letztendlich im Falle des WT Dodecins innerhalb von nur 70 fs zur kompletten Deaktivierung des angeregten Flavinzustandes führt. Neben Flavin-Dimeren enthalten eubakterielle Dodecine endogen gebundenes Coenzym A wie durch Röntgenkristallographie und massenspektrometrische Untersuchungen nachgewiesen werden konnte. Die CoA-Moleküle sind in den dreizähligen symmetrischen Stellen II als Trimere nicht-kovalent so gebunden, dass die freie Thiol-Gruppe von Protein umgeben ist. Eine solche trimere Anordnung von CoA ist bis jetzt - ebenso wie die des FMN-Kofaktors - einzigartig und ein Kennzeichen eubakterieller Dodecine. Erstmals konnte zudem ein Dodecin-Datensatz in atomarer Auflösung (1.08 Å) aufgenommen werden, der als Grundlage für zukünftige Berechnungen der Dodecin-Kofaktor-Interaktionen herangezogen werden kann. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse kann die Funktion des Dodecins als bifunktionales Speicherprotein postuliert werden, das sowohl CoA als auch Flavine in nicht-reaktiver Formen speichert und somit die zelluläre Photoschädigung aufgrund dieser Kofaktoren reduziert.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2015.0363