Entwicklung einer Endiin-Biosynthese-Tool Box durch gezielte metabolomische und metagenomische Analysen von Actinomyceten

• Antragstellerin: Dr. Ivana Crnovcic
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276972917

Die Endiine sind Antitumor-Verbindungen, welche von Boden und aquatischen Mikroorganismen produziert werden. Charakteristisch in ihrer Struktur ist ein Grundgerüst, in dem sich zwei Acetylen Bindungen in Konjugation zu einer Doppelbindung innerhalb eines 9- oder 10-gliedrigen Rings befinden. Endiine besitzen durch die Wirkung des Grundgerüsts antitumorigene und antibiotische Aktivität. Die unterschiedlichen Seitengruppierungen des Grundgerüstes der bekannten Endiine spielen lediglich eine Rolle in der Modulation der eigentlichen Aktivität. Die Wirksamkeit der Endiine beruht auf ihrer Fähigkeit DNA-Crosslinks zwischen DNA-Strängen zu erzeugen welche zu Einzelstrang oder Doppelstrangbrüchen der DNA führen kann. In bekannten Genclustern der Endiine wird ein aus fünf Genen bestehendes konserviertes Zentrum, die Endiin-PKS-Kassette, angetroffen. Diese Gen Anordnung kodiert für die Biosynthese der Pentadecaheptaene Kette des Endiin-Grundgerüsts. Im Gegensatz zum Grundgerüst sind die peripheren Regionen der Gencluster alle unterschiedlich, was eine Erklärung für die hohe strukturelle Diversität der verschiedenen Endiine ist. Endiine haben eine hohe Cytotoxizität und werden als reine Substanzen in der Therapie nicht eingesetzt. Jedoch haben bestimmte Formulierungen der Endiine wie z.B. in Polymer-basierenden Darreichungssystemen oder in Form von Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten zu bemerkenswerten Behandlungserfolgen geführt. Diese Ergebnisse führten zu einer verstärkten Forschung auf dem Gebiet der Endiine. Weiterhin lösten sie umfassende Screening Programme aus, die die Isolierung neuer Endiinstrukturen aus der Natur zum Ziel haben. Herr Prof. Shen und seine Mitarbeiter haben Screening Programme auf der Basis der Genomanalyse von ca. 3200 Actinomyceten Stämmen durchgeführt und 89 Stämme identifiziert, die auf ihrem Genom die Endiin-PKS-Kassette tragen. In diesem Projekt sollen auf der Suche nach neuen Endiin Strukturelementen in den peripheren Regionen der Gencluster mit Hilfe des Genom Minings zwei der identifizierten Stämme (CB02115 und CB100675) analysiert werden. CB02115 hat ein Gencluster mit Ähnlichkeit zu dem bekannten Gencluster von C-1027 aus Streptomyces globisporus und das Gencluster von CB100675 ähnelt dem von Calicheamicin aus Micromonospora echinospora. Zuerst sollen die Strukturen der Endiine der neuen Stämme bestimmt werden und die für die biosynthetischen Schritte ihrer ungewöhnlichen Seitengruppen verantwortlichen Gene identifiziert werden. Anschließend sollen die interessierende Gene in bekannte Endiinproduzenten transferiert werden um die Möglichkeit der Produktion neuer Endiinstrukturen zu prüfen. Für die funktionelle und strukturelle Analyse der verschiedenen neuen Biosyntheseenzyme, die gegebenenfalls auch den Einsatz chemisch synthetisierter Modelsubstrate erfordert, sollen ihre Gene und Derivate davon in E. coli exprimiert und die Proteinprodukte isoliert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Ben Shen, Ph.D.