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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-10-01 - 2023-12-31

Breiterer Forschungskontext / theoretischer Rahmen: Glykane bedecken die Oberflächen aller Zellen und sind je nach Art und Phyla unterschiedlich. Hypothesen/Forschungsfragen/Ziele: Basierend auf früheren Arbeiten von uns und anderen, sind die wichtigsten zugrunde liegenden Hypothesen (i) anionische/zwitterionische Modifikationen von N-Glykanen variieren zwischen Ordnungen und Arten von Arthropoden, und diese Strukturen sind entweder (ii) durch Säugetier-Immunlektine gebunden, die z.B. an der Erkennung von von Arthropoden stammenden Viren beteiligt sind, (iii) an Interaktionen von Pathogenen mit Arthropoden (z.B. Stechmücken) als Zwischen- oder Endwirte beteiligt oder (iv) haben eine angeborene Funktion, z.B. bei der Entwicklung der Arthropodenart selbst. Ansatz/Methoden Enzymatische Remodellierung von Sacchariden, Präparation/Analyse natürlicher Glykane aus ausgewählten Insekten und Sondierung von Sacchariden/Glykanen in einem Microarray-Format mit Lektinen, Pentraxinen und Antikörpern. Grad der Originalität / Innovation Das Projekt hat das Ziel, neue Informationen über die Glykosylierung von Insekten zu liefern.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-07-01 - 2023-06-30

Theoretischer Rahmen: Die prokaryotische Häm-Biosynthese wurde über mehrere Jahrzehnte ausführlich untersucht. Im Jahr 2015 kam dieses Thema durch die Entdeckung des sogenannten "Coproporphyrin-abhängigen" (CPD) Häm-Biosynthesewegs durch Dailey und Mitarbeiter wieder in den Fokus, der hauptsächlich von grampositiven Bakterien genutzt wird. Der CPD-Syntheseweg unterscheidet sich vom Protoporphyrin-abhängigen Weg durch die Sequenz der Uroporphyrinogen-zu-Häm b-Transformation und die beteiligten Enzyme (UroD, CgoX, CpfC ChdC). Studien zu CpfC wurden bis vor kurzem unter Verwendung von Protoporphyrin IX anstelle von Coproporphyrin III durchgeführt. Zielsetzungen: Zuverlässige Kenntnisse über die Biochemie und molekulare Enzymologie von CpfCs sind sehr begrenzt. Unser Ziel ist die Untersuchung der Proteinbiochemie und die Aufklärung der enzymatischen Mechanismen der Coproporphyrin-Ferrochelatasen aus (i) Firmicutes und (ii) Actinobakterien, um den Mechanismus der Katalyse zu verstehen, einschließlich der Substratbindung beider Substrate und der enzymatischen Insertion von Eisen(II)-Eisen in Coproporphyrin III. Methoden: Die biochemische und biophysikalische Charakterisierung der Coproporphyrin-Ferrochelatasen (CpfCs) wird unter Verwendung mehrerer spektroskopischer High-End-Methoden und einer stationären und prästationären kinetischen Charakterisierung von Wildtyp- und mutierten Enzymen durchgeführt. Darüber hinaus werden wir modernste strukturbiologische Methoden anwenden, um profunde Kenntnisse über die Struktur des Enzyms bis ins kleinste Detail zu gewinnen, wie z.B. Protonierungszustände (durch Neutronenkristallographie). Innovation: Der CPD-Häm-Biosyntheseweg wurde kürzlich in der Literatur beschrieben, und viele Fragen zu den Mechanismen und Wechselwirkungen der Enzyme sind noch unbeantwortet. Er ist essentiell für grampositive Bakterien und einige wenige intermediäre und gramnegative Bakterien. Das Verständnis der Biochemie der beteiligten Enzyme, mit Schwerpunkt auf CpfCs, und der allgemeinen Regulation der Häm-Biosynthese, der Aufnahme und des Abbaus dieser Bakterien ist eine sehr wichtige Frage der Grundlagenforschung. Dieses Projekt wird eine solide Grundlage für die zukünftige Entwicklung neuer Therapeutika gegen pathogene grampositive Bakterien schaffen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-02-01 - 2024-01-31

Forschungskontext: Die Methylierung von Biomolkülen ist in viele zelluläre Regulationsprozesse involivert. Für Proteine und DNA-Moleküle sind bereits einige diesbezügliche Auf- bzw. Abbauwege bekannt. Allerdings wurden Methylgruppen auch auf Kohlenhydratstrukturen gefunden und für diese gibt es noch keine Informationen bezüglich Biosynthese oder Abbau. Kohlenhydratstrukturen spielen eine wichtige Rolle bei Erkennungsprozessen. Eine Modifikation der einzelnen Zuckereinheiten verändert die Spezifität von Erkennungs- und Bindungsvorgängen. Hypothesen/Ziele: Im vorliegenden Projekt möchten wir den Abbau von methylierten Glykanstrukturen untersuchen. Jene Organismen, die in der Lage sind solche Strukturen zu (bio)synthetisieren, müssen auch einen entsprechenden Mechanismus für deren Abbau aufweisen. In Schneckengeweben wurden Methylgruppen an protein-gebundenen Glykanstrukturen nachgewiesen. Daher werden in diesen Organismen auch Enzyme erwartet, die diese Strukturen metabolisch abbauen können. Ansatz/Methoden: Eine solche Demethylierungs-Enzymaktivität wird im Rahmen des Projekts mittels nativen und synthetischen Substraten in Schneckenorganellen nachgewiesen. Danach werden Proteine, die die entsprechende Enzymaktivität aufweisen, gereinigt, sequenziert, kloniert und exprimiert. Sowohl das native als auch das rekombinante Protein werden auf ihre biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften untersucht. Die Substratspezifitäten werden mit verschiedenen nativen Substraten und anderen methylierten Molekülen ermittelt um einen Überblick für potentielle Anwendungen zu erhalten. Mittels der Aminosäuresequenz wird in Datenbanken nach homologen Proteinen anderer Organismen, die bekannterweise auch methylierte Zuckerketten aufweisen (andere Mollusken und Parasiten), gesucht. Innovationsgrad: 1. Das detaillierte Wissen über die Funktion der Methylierung wird zu einem besseren Verständnis von Parasiten – (Zwischen)Wirt – Interaktionen führen. 2. Ein Enzym, das Methylgruppen von Zuckern abspalten kann, wäre ein wertvolles Werkzeug in der Forschung und auch ein Kandidat für Anwendungen in einigen anderen wissenschaftlichen Disziplinen.

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