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Zusammenfassung:
Nichtribosomale Peptidsynthetasen (NRPS) zeigen, trotz der hohen Anzahl ihrer Bausteine und der somit großen Vielfalt ihrer Produkte, eine konstante strukturelle Verwandtschaft. Die NRPS‐Systeme sind modular aufgebaut, wobei definierte Domänen die einzelnen Reaktionen katalysieren. Neben den katalytischen Domänen ist die Rolle des dynamischen Peptidyl‐Carrier‐Proteins (PCP) für das Verständnis der NRPS‐Wirkungsweise entscheidend. Studien vergleichbarer Systeme zeigen, dass die das Carrier‐ Protein umgebenden Linkerregionen aus Prolin‐ und Alanin‐reichen Sequenzen bestehen, wodurch die Bildung von Sekundärstrukturen erschwert und die Dynamik dieser Domänen unterstützt wird. Erst die in dieser Arbeit durchgeführte Arretierung der dynamischen PCP‐Domäne durch rationale Mutagenese ermöglichte die Beobachtung des Kristallwachstums und somit die erste Strukturaufklärung eines vollständigen NRPS‐Moduls. Die Struktur des Terminationsmoduls der Surfactin Synhtetase (SrfACS1003A) zeigt die Interaktion der dynamischen PCP‐Domäne mit der katalytischen Kondensationsdomäne (C‐Domäne). Das SrfAC‐Strukturmodell beschreibt die erste Struktur einer DC L‐Domäne. Desweiteren konnte die Bildung einer engen Interaktion zwischen der Kondensations‐ und den zwei Subdomänen der Adenylierungsdomäne (Acore‐ und Asub‐Domäne), die als Workbench bezeichnet wird, festgestellt werden. Dabei nimmt die Asub‐Domäne eine bisher nicht beobachtete Konformation ein. Die C‐ und Acore‐Domäne repräsentieren 83% der Masse eines Elongationsmodules (C‐, A‐ und PCP‐Domäne), auf deren starrem Gerüst die dynamische Asub‐ und PCP‐Domäne interagieren. Anschließende Untersuchungen mittels der Kleinwinkel‐Streuung (SAXS) zeigten, dass diese enge Interaktion auch im solvatisierten Zustand bestehen bleibt. Somit konnte die wichtige Rolle der Workbench, auch als Modell‐System für das generelle Verständniss der NRPS‐Systeme, bestätigt werden. Die Strukturaufklärung des vollständigen NRPS‐Moduls ermöglicht die eindeutige Definition der flankierenden PCP‐Linkerbereiche. Ihre sequenzielle Analyse zeigt, dass diese Bereiche aus Prolin‐ und Alanin‐reichen Sequenzen bestehen und somit nicht zur Bildung von Sekundärstrukturen neigen. Dagegen teilt der α‐helikale Linkerbereich zwischen der C‐ und A‐Domäne nicht die Affinität zu Prolin‐ und Alaninreichen Sequenzen und ist zur Bildung von Sekundärstrukturen fähig. Zusätzlich konnte in dem SrfAC‐S1003A‐Strukturmodell die spezifische Interaktion zweier Synthetasen über ein Helix‐Hand‐Motiv gezeigt werden. Dabei interagiert die C‐terminale α‐Helix (COM‐Helix) der ersten Synthetase mit dem in die C‐Domäne integrierten Hand‐Motiv der nachfolgenden Synthetase. Dadurch ist die spezifische Erkennung der Synthetasen untereinander gewährleistet, wodurch die Synthesereihenfolge erhalten bleibt (assembly line). Durch die Kombination mit der Bidomänen‐Struktur aus TycC konnte desweiteren ein multimodulares NRPS‐Modell erstellt werden. Dieses Modell zeigt eine linksläufige Schraubachse, bei der jedes Modul entlang der Assembly‐Line um 120° gedreht ist. Weitere Untersuchungen mittels CyoEM an trimodularen NRPS‐Systemen sollen diese Modul‐Anordnung bestätigen. Neben der globalen Architektur der NRPS, zeigt das Akzeptor‐Modell auch die ersten strukturell aufgeklärten Linkerbereiche einer swinging domain. Die in dieser Arbeit erstmals aufgeklärte Struktur eines NRPS‐Moduls ermöglicht neue synthetische und chemoenzymatische Ansätze für rationales Design und protein engineering an den nichtribosomalen Peptidsynthetasen und so den Zugang zu neuen biologisch wirksamen Peptidverbindungen.

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