Röntgendiffraktometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen einer Investitionsmaßnahme mit Mitteln des LOEWE-Projekts und der Arbeitsgruppe Klebe konnte für die Universität Marburg ein Röntgendiffraktometer mit CCD-Flächenzähler und Sealed-tube Röntgenquelle beschafft werden. Das Gerät wurde in den Räumlichkeiten des Instituts für Pharmazeutische Chemie, Arbeitsgruppe Klebe, aufgestellt und wird dort federführend von Herrn Professor Dr. Andreas Heine und technisch von Herrn Christian Sohn betrieben. Das Gerät wird von mehreren Arbeitsgruppen aus dem Fachbereich Pharmazie (AG Klebe, Reuter, Heine, Petersen, Diederich) sowie aus dem Fachbereich Chemie (AG Essen, AG Bange) und von Arbeitsgruppen aus dem LOEWE-Zentrum Synmikro genutzt. Wie in dem Antrag beschrieben, wird das Gerät für unterschiedliche Applikationen eingesetzt. Zum einen dient es der Vorbereitung von Messproben für Datensammlungen am Synchrotron. Vor allem in der AG Klebe werden pro Jahr etwa 400 – 500 Datensätze an verschiedenen Synchrotrons vermessen. Um die Ausbeute und die Effizienz dieser Datensammlungen an den Synchrotrons zu optimieren, werden routinemäßig die Kristallproben vor Ort im eigenen Labor auf ihr Streuverhalten getestet und nur die aussichtsreichsten Proben werden tatsächlich für die Datensammlung zum Synchrotron mitgenommen. So lässt es sich ermöglichen, dass bis zu 100 Proben innerhalb eines Synchrotronbesuchs vermessen werden können. Auch die oben genannten anderen Arbeitsgruppen nutzen die Anlage für diese Vortestung, wobei bei sehr kleinen Proben auch teilweise eine direkte Testung im intensiven Röntgenstrahl des Synchrotrons nicht umgangen werden kann. Durch die einfache Steuerung und schnelle Datensammlung des CCD Detektors ist das Gerät sehr gut geeignet, den genannten Kristalltestungen optimal nachzukommen. Weiterhin wird das Gerät auch für Testmessungen eingesetzt, bei denen ein voller Datensatz gesammelt wird (ca. 2 – 3 Tage Messzeit). Hier geht es vor allem darum festzustellen, ob unter den gewählten Kristallisationsbedingungen überhaupt ein Ligand in ausreichender Menge in die Proteinstruktur eingelagert wurde und so erfolgreich eine Protein-Ligand-Struktur zu bestimmen ist. Da sich dies ohne Sammeln eines Datensatzes kaum überprüfen lässt, konnten wir auf diese Weise die Zahl unproduktiver ("leerer") Strukturvermessungen am Synchrotron deutlich minimieren. An dieser Stelle hat das Gerät in mehr als 50 Fällen sehr gute Dienste erwiesen. Zur Vorbereitung und Auswahl geeigneter Fragmente für Neutronendiffraktions-messungen haben wir mit Trypsin eine Reihe von Protein-Ligand-Komplexen durchgemustert, um die für unsere Fragestellung geeignetsten Kandidaten auszuwählen. Für diese Entscheidung reichen die Daten, die an der Röntgenquelle vor Ort gesammelt werden können, vollkommen aus. In jüngster Zeit werden zunehmend Datensammlungen bei Raumtemperatur durchgeführt, auch um die Unterschiede, die bei dem Schockgefrieren der Kristallproben entstehen, besser zu verstehen. Die Datensammlungen bei tiefen Temperaturen werden vor allem wegen der Reduktion des Strahlenschadens, der unter Belichtung mit intensiver Synchrotronstrahlung auftritt, vorgenommen. Durch Beschleunigung der Messungen ist es am Synchrotron inzwischen allerdings möglich geworden, auch bei Raumtemperatur in sehr kurzer Zeit Datensätze erfolgreich zu sammeln. Der Strahlenschaden an der hauseigenen Quelle fällt wegen der viel geringeren Strahlenintensität deutlich geringer aus. Daher setzen wir das beschaffte Gerät auch zur Testung von Messbedingungen von Proteinkristallen bei Raumtemperatur ein und haben bereits für Vergleichszwecke Datensätze gesammelt. Zusätzlich wurde mit der hauseigenen Kühlanlage versucht, Datensätze bei unterschiedlichen Temperaturen zu sammeln. Im derzeitigen Teststadium sind solche Untersuchungen nur auf einer hauseigenen Anlage sinnvoll durchzuführen. Hier hat sich das Gerät als sehr geeignet erwiesen. Weiterhin haben wir bereits auf dem Gerät Strukturen von kleinen Molekülen bestimmt. Die Architektur der Anlage erlaubt es, problemlos auch die Strukturbestimmung an Kristallgittern viel kleinerer Dimensionen. Bei diesen Untersuchungen stand vor allem die Bestimmung der absoluten Konfiguration im Vordergrund. Weiterhin sind analytische Fragestellung hinsichtlich der Produktbildung bei heterozyklischen Verbindungen gelöst worden. Hier können oft andere analytische Verfahren keine eindeutige Strukturzuweisung liefern. Vor allem die Applikation des Gerätes für makromolekulare Systeme bis hin zu Kleinmolekularstrukturen leistet für uns hinsichtlich eines erforderlichen vielfältigen Einsatzes wertvolle Dienste. Daher können wir aus dem praktischen Einsatz des Gerätes resümieren, dass die Anlage das geplante Einsatzspektrum sehr gut abdeckt. Auch hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit und der erforderlichen Wartungseinsatzes im laufenden Betrieb erfüllt das Gerät voll unsere Erwartungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Investigation of Specificity Determinants in Bacterial tRNA-Guanine Transglycosylase Reveals Queuine, the Substrate of Its Eucaryotic Counterpart, as Inhibitor. PLoS ONE 8(5) (2013) e64240
I. Biela, N. Tidten-Luksch, F. Immekus, S. Glinca, Tran Xuan Phong Nguyen, H.-D. Gerber, A. Heine, G. Klebe, K. Reuter
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0064240) - Launching Spiking Ligands into a Protein-Protein Interface: A Promising Strategy to Destabilize and Break Interface Formation in a tRNA Modifying Enzyme. ACS Chem Biol, 8 (6) (2013) 1163–1178
F. Immekus, L.J. Barandun, M. Betz, f. Debaene, S. Petiot, S. Sanglier- Cianferani, K. Reuter, F. Diederich, G. Klebe
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1021/cb400020b) - Beyond affinity: enthalpy-entropy factorization unravels complexity of a flat structure-activity relationship for inhibition of a tRNA-modifying enzyme. J Med Chem 57 (13), (2014) 5566-78
M. Neeb, M. Betz, A. Heine, L. J. Barandun, C. Hohn, F. Diederich, G. Klebe
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1021/jm5006868) - Chasing protons: how isothermal titration calorimetry, mutagenesis, and pK a calculations trace the locus of charge in ligand binding to a tRNA-binding enzyme. J Med Chem 57 (13), (2014) 5554-65
M. Neeb, P. Czodrowski, A. Heine, L. Jakob, S. Barandun, C. Hohn, F. Diederich, G. Klebe
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1021/jm500401x) - Hot-spot analysis to dissect the functional protein-protein interface of a tRNA-modifying enzyme. Proteins 82 (10), (2014), 2713-32
S. Jakobi, T.X. Nguyen, F. Debaene, A. Metz, S. Sanglier-Cianférani, K. Reuter, G. Klebe
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1002/prot.24637) - Replacement of Water Molecules in a Phosphate Binding Site by Furanoside-Appended lin-Benzoguanine Ligands of tRNA–Guanine Transglycosylase (TGT). Chem. Eur. J. 2015, 21, 126 – 135
L.J. Barandun, F.R. Ehrmann, D.Zimmerli, F. Immekus, M. Giroud, C. Grünenfelder, W.B. Schweizer, B. Bernet, M. Betz, A. Heine, G. Klebe, F. Diederich
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201405764) - Tracing Binding Modes in Hit-to-Lead Optimization: Chameleon-Like Poses of Aspartic Protease Inhibitors. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 54 (2015) 2849– 2853
M. Kuhnert, H. Köster, R. Bartholomäus, Ah Young Park, A. Shahim, A. Heine, H. Steuber, G. Klebe, W.E. Diederich
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201411206)
