Proteindynamik und Substraterkennung humaner Blutgruppenglycosyltransferasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die NMR-spektroskopischen Studien an den humanen Blutgruppe A und B Glycosyltransferasen GTA und GTB haben zu einem Verständnis der allosterischen Regulierung dieser Enzyme durch Modulierung von Dissoziations- und Assoziationsgeschwindigkeitskonstanten geführt. Hieraus lassen sich interessante mechanistische Schlussfolgerungen ziehen. Beispielsweise sollte nach unseren Ergebnissen die Spezifität der Enzyme für verschiedene Blutgruppentypen in vivo davon abhängen, ob die sogenannte Donorroute oder die Akzeptorroute eingeschlagen wird. Dies wiederum hängt von den Konzentrationsverhältnissen der Akzeptor- und Donorsubstrate im entsprechenden Kompartiment in der Zelle (hier: Golgi-Apparat) ab. So kann also die Biosynthese von Blutgruppenantigenen vom Typ 1 bis zum Typ 6 über Konzentrationsverhältnisse von Substraten geregelt werden. Die ermittelten Dissoziations- und Assoziationsgeschwindigkeitskonstanten geben indirekt auch Auskunft über die dem Glycosyltransfer zugrunde liegende Proteindynamik. Die Dissoziationsgeschwindigkeitskonstanten stellen eine natürliche Untergrenze für die Übergänge zwischen der offenen, der halbgeschlossenen und der geschlossenen Konformation dar. Überraschend war die Beobachtung, dass GTA und GTB im apo-Zustand wie auch in den Substrat-gesättigten Formen keine nennenswerte Relaxationsdispersion zeigten. Da andererseits sowohl in den Backbone TROSY HSQC wie auch in den Methyl TROSY Spektren nur ein Satz von Kreuzsignalen beobachtet wird, können langsame Konformationsumwandlungen ausgeschlossen werden. Folglich können die beobachteten Konformationsumwandlungen nur durch Bindung an Substrate hervorgerufen werden. Damit grenzen sich diese Glycosyltransferasen gegen andere Enzyme wie etwa Cyclophilin A mechanistisch ab. Methodisch konnte gezeigt werden, dass Methyl TROSY basierte Techniken für die NMR- spektroskopische Untersuchung von Glycosyltransferasen hervorragend geeignet sind. Es wird sicher interessant sein, mit diesen "Werkzeugen" weitere Glycosyltransferasen zu untersuchen. Insbesondere eröffnen die beschriebenen Experimente neue Perspektiven für die Entwicklung von Glycosyltransferaseinhibitoren - von denen es nach wie vor kaum brauchbare Prototypen gibt. Beispielsweise ist denkbar, dass die Optimierung einer Leitstruktur nicht nur auf die Messung von Dissoziationskonstanten zurückgreift, sondern gleichzeitig die Assoziations-/Dissoziationskinetik in Betracht zieht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017) High-resolution crystal structures and STD NMR mapping of human ABO(H) blood group glycosyltransferases in complex with trisaccharide reaction products suggest a molecular basis for product release. Glycobiology, 27, 966-977
Gagnon, S.M.L., Legg, M.S.G., Sindhuwinata, N., Letts, J.A., Johal, A.R., Schuman, B., Borisova, S.N., Palcic, M.M., Peters, T. and Evans, S.V.
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(2017) Protein NMR Studies of Substrate Binding to Human Blood Group A and B Glycosyltransferases. ChemBioChem, 18, 1260-1269
Grimm, L.L., Weissbach, S., Flügge, F., Begemann, N., Palcic, M.M. and Peters, T.
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(2018) Complete assignment of Ala, Ile, Leu, Met and Val methyl groups of human blood group A and B glycosyltransferases using lanthanide-induced pseudocontact shifts and methyl-methyl NOESY. J Biomol NMR, 70, 245-259
Flügge, F. and Peters, T.
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(2018) Substrate Binding Drives Active‐Site Closing of Human Blood Group B Galactosyltransferase as Revealed by Hot‐Spot Labeling and NMR Spectroscopy Experiments. ChemBioChem, 19, 970-978
Weissbach, S., Flügge, F. and Peters, T.
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(2019) Fragment Growing to Design Optimized Inhibitors for Human Blood Group B Galactosyltransferase (GTB). ChemMedChem
Strecker, C., Peters, H., Hackl, T., Peters, T. and Meyer, B.
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(2019) Insights into Allosteric Control of Human Blood Group A and B Glycosyltransferases from Dynamic NMR. ChemistryOpen, 8 (6), 760-769
Flügge, F. and Peters, T.
