Molekulare Ursachen der physiologischen Wirkung von 3,4-Dideoxyglucoson-3-en (3,4-DGE)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Monika Pischetsrieder
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270559706

Während der thermischen Behandlung von zuckerhaltigen Produkten entstehen in bedeutendem Umfang Zuckerabbauprodukte (engl. glucose degradation products, GDPs). Als die wichtigsten Expositionsquellen für den Menschen gelten hierbei Arzneimittel, bei denen hoch konzentrierte Glucoselösungen als osmotisches Agens eingesetzt werden, und Lebensmittel. GDPs besitzen häufig Dicarbonylstrukturen, so dass die Abbauprodukte eine höhere chemische und physiologische Aktivität besitzen als die Zucker selbst. Bei Peritonealdialysepatienten, zum Beispiel, wurde die Verwendung von GDP-haltigen Dialyselösungen assoziiert mit der Entwicklung lokaler Fibrosen, vaskulärer Sklerosen und dem Verlust der peritonealen Permeabilität, was längerfristig zum Therapieabbruch führt. In weiterführenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die physiologischen Effekte von GDPs vor allem auf die Anwesenheit von 3,4-Dideoxyglucoson-3-en (3,4-DGE) zurückzuführen sind. Obwohl dieses GDP nur in relativ geringen Konzentrationen vorliegt, zeigt es eine auffällig hohe zytotoxische und enzyminhibierende Wirkung. Die Enzyminhibition erfolgt in diesem Zusammenhang durch eine GDP-induzierte kovalente Proteinmodifikation.Ziel des vorliegenden Projektantrags ist es nun, die molekularen Ursachen der auffallend starken enzyminhibierenden Wirkung des 3,4-DGEs aufzuklären. Dazu soll zunächst untersucht werden, inwieweit seine hohe enzyminhibierende Wirkung durch eine im Vergleich zu anderen GDPs höhere Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber Proteinen verursacht wird. Anschließend sollen die Strukturen der wichtigsten durch 3,4-DGE gebildeten Proteinmodifikationen aufgeklärt werden. Vorarbeiten weisen darauf hin, dass 3,4-DGE auf Grund der ungesättigten Dicarbonylstruktur im Gegensatz zu anderen GDPs oder Zucker bevorzugt mit Cysteinseitenketten reagiert und damit möglicherweise zu einer neuen Strukturklasse von Proteinmodifikationen führt. Im letzten Projektteil soll dann untersucht werden, ob und warum die 3,4-DGE-spezifischen Modifikationen die Proteinstruktur und Konformation (und damit auch die Funktion) stärker beeinträchtigen als die bisher bekannten Proteinmodifikationen. Dazu sollen das Modellenzym RNAse A mit 3,4-DGE umgesetzt und die Strukturen und Bindungsstellen der gebildeten Modifikationen durch eine kombinierte gerichtete und ungerichtete massenspektroskopische Analyse identifiziert werden. Strukturelle Effekte der identifizierten Modifikationen lassen sich dann über die graphische Darstellung der RNAse-Tertiärstruktur oder -in einem Folgeprojekt- durch moleküldynamische Berechnungen vorhersagen. Mit diesen Ergebnissen soll es möglich sein, die molekularen Ursachen der auffällig hohen physiologischen Reaktivität von 3,4-DGE besser zu verstehen und langfristig Strategien zu entwickeln, physiologische Schädigungen durch 3,4-DGE zu vermeiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen