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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.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-12-01 - 2023-11-30

N-Glykane diverser Muscheln und deren Rolle in molekularen Erkennungsprozessen In der Vergangenheit wurde durch Genomvergleiche verschiedener Organismen unser Wissen über die Entstehung der Arten auf eine neue Basis gestellt. Hingegen ist die Entschlüsselung von Protein-gebundenen Kohlenhydraten durch die komplizierte Analytik der Zuckerstrukturen ins Hintertreffen geraten, obwohl die Zucker, da sie die Zelloberflächen bei der Befruchtung, der Entwicklung, der Morphogenese und bei Wirt-Pathogen Wechselwirkungen bedecken, eine wichtige Rolle in diversen selbst versus fremd Erkennungsprozessen spielen. Dieses Projekt konzentriert sich auf die N-Glykane einiger Muschelarten (wie z.B. Austern), die sowohl als Proteinquelle für den Menschen eine ökonomische, aber auch durch ihre Filtrierfunktion eine ökologische Funktion innehaben. Allerdings reichern Muscheln nicht nur Nahrung sondern auch Pathogene an, wobei interessanterweise invasive Muschelarten wie die pazifische Auster gegenüber Krankheiten resistenter sind als die lokalen europäischen Arten. Die N-gebundenen Kohlenhydratstrukturen von Muscheln diverser Familien und Lebensräume werden daher im Detail massenspektrometrisch sowie mit enzymatischen und chemischen Methoden analysiert. Das Vorhandensein oder die Abwesenheit bestimmter Zuckermotife wird dann mit genomischen und Arraydaten korreliert. Besonders die resultierende Plattform von Glykanen aus verschiedenen Muschelarten und Geweben wird die funktionelle Analyse der Selbst-/Fremd-Erkennung zwischen Lektinen und Glykanen vorantreiben. Daraus soll ein besseres Verständnis dieser Proteinmodifikationen resultieren, denen eine besondere Rolle in der angeborenen Immunität zugeschrieben wird.

Betreute Hochschulschriften