Incorporation of the prosthetic heme group into cytoplasmatic and membrane proteins
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Fast alle Lebewesen dieser Erde mit Ausnahme der Pilze besitzen hemW/RSAD1 Gene. Im Menschen ist das RSAD1 neben dem Viperin Gen eines der zwei Radical S-Adenosylmethionine (SAM) Enzym kodierenden Gene unbekannter Funktion. Diese Enzyme nutzen die homolytische Spaltung von SAM, um ein Radikal zu erzeugen, das dann katalytisch verwandt wird. Wir konnten zeigen, dass HemW und RSAD1 beides Hämchaperone sind, die Häm in Enzyme von Atmungsketten einbauen. Escherichia coli HemW enthält ein von 3 Cysteinresten und von einem SAM koordiniertes [4Fe-4S]. HemW bindet kovalent Häm, auch in der Abwesenheit des [4Fe-4S]. HemW wechselwirkt in vivo mit Häm-bindenden Bacterioferritin und der hämhaltigen NarI Untereinheit der respiratorischen Nitratreduktase NarGHI. Häm-beladenes HemW transferiert Häm auf eine Häm-freie, dadurch inaktive Nitratreduktase NarGHI und reaktiviert dadurch das respiratorische Enzym. Dazu wird ein intaktes [4Fe-4S] benötigt. Im Zebrafisch wird das RSAD1 Gen im respiratorisch aktiven Herzgewebe und in den Kiemen besonders exprimiert. Das zugehörige RSAD Protein wurde in den Mitochondrien, dem Ort der Zellatmung lokalisiert. Schließlich konnte auch für das menschliche RSAD1 Protein Hämbindung gezeigt werden. So konnten das bakterielle HemW und das eukaryotische Ortholog RSAD1 als neuartige Radical SAM Proteine mit Hämchaperon Funktion identifiziert werden. Die Frage nach dem möglichen Radical SAM Mechanismus gilt es nun zu klären.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012) Tetrapyrroles in "Biochemical pathways: an atlas of biochemistry and molecular biology" Michal, G., Schomburg, D. (Eds.), John Wiley & Sons, p 82-92
Jahn, M. & Jahn, D.
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(2013) Aminolevulinic acid synthase of Rhodobacter capsulatus - high resolution kinetic investigation of the structural basis for substrate binding and catalysis. Biochem J., 451:205-216
Kaufholz, A.-L., Hunter, G. A., Ferreira, G. A., Lendrihas, T., Hering, V., Layer, G., Jahn, M. & Jahn D.
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(2013) The Structural Basis of Porphyrias - Defects of Heme Biosynthetic Enzymes, in Handbook of Porphyrin Science, Vol. 29, Ferreira, G. C., Kadish, K. M., Smith, K. M. (Eds.), p. 1 - 42, World Scientific Pub., Singapore
Kaufholz, A.-L., Layer, G., Heinz, D., Jahn M. & Jahn, D.
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(2014) Leishmania major possesses a unique HemG-type protoporphyrinogen IX oxidase. Biosci Rep., 3:e00124
Zwerschke, D., Karrie, S., Jahn, D. & Jahn, M.
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(2014) Unstable reaction intermediates and hysteresis during the catalytic cycle of 5-aminolevulinate synthase: Implications from using pseudo and alternate substrates and a promiscuous enzyme variant. J Biol Chem., 289:22915-22925
Stojanovski, B. M., Hunter, G. A., Jahn, M., Jahn, D. & Ferreira, G.C.
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(2017) Prokaryotic heme biosynthesis: mutiple pathways to a common essential product. Microbiol. Mol. Biol. Rev.
Dailey, H., Dailey, T., Gerdes, S., Jahn, D., Jahn, M., O´Brian, M. & Warren, M. J.
