Mechanismus der Aktivitaet Nicht-ribosomaler Peptidsynthetasen.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Teresa Carlomagno
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318859889

Die Suche nach neuen antibakteriellen Wirkstoffen und nach deren kostengünstigen Synthesewegen ist mit Hinblick auf das weitere Wachstum der Weltbevölkerung und auf das zunehmende Auftreten von Resistenzen gegen viele Antibiotika zwingend notwendig. Nicht-ribosomal synthetisierte Peptide (NRP) sind eine wichtige Klasse von Naturprodukten mit einer Reihe von pharmazeutischen Aktivitäten und mit Potential als antibakterielle und anti-tumor Wirkstoffe. Ihre verschiedenartigen Strukturen stellen vielversprechende Grundgerüste für die Entwicklung neuer und potenter Therapeutika dar.Diese Peptide werden durch spezielle molekulare Apparate, sogenannte nicht-ribosomale Peptidsynthasen (NRPS), synthetisiert. NRPS funktionieren nach den Prinzipien Fertigungsstraße und Arbeitsteilung. Jede NRPS setzt sich aus separaten Modulen zusammen, die aus unabhängig faltenden Domänen bestehen, von denen jede einen spezifischen Schritt des gesamten Reaktionsweges katalysiert. Die Module werden eingeteilt in Initiations-, Elongations- und Terminationsmodule, welche entsprechend die Peptidsynthese starten, die Peptidkette verlängern und das finale Produkt freisetzen.Die Fähigkeit der NRPS, neuartigen und untypischen Peptide mit unterschiedlichen Strukturgerüsten zu produzieren, kann zu unserem Vorteil genutzt werden: NRPS-Module könnten derart umkonstruiert werden, dass sie chemisch und strukturell optimierte Therapeutika liefern. Offensichtlich bedarf das in silico-Design einer effizienten NRPS zur Synthese nicht-natürlicher NRP detaillierten mechanistischen und strukturellen Wissens über das Enzym.Die katalytischen Kern-Domänen der NRPS-Module sind die Adenylierungs-, Kondensations- und Thioesterase-Domäne, welche die Aktivierung, Bildung der Peptidbindung bzw. die Freisetzung des Produkts katalysieren. Die Peptidyl-Carrier-Protein-Domäne (PCP) transportiert die naszierende Peptidkette zwischen den verschiedenen Reaktionszentren innerhalb eines Moduls oder in verschiedenen Modulen. Während Funktion und Selektivität der Adenylierungs-Domäne bereits ausgiebig untersucht worden sind, gibt es bisher keine strukturelle Information über die Bindung der Kondensations-Domäne an das Donor- bzw. Akzeptor-PCP. Entsprechend nebulös ist das Verständnis von dem Mechanismus und der Regulation der Kondensationsreaktion.In diesem Projekt werden wir die Tomaymycin-Synthasen, die einfachsten natürlichen NRPS, studieren. Tomaymycin wird synthetisiert durch ein Initiationsmoddul (TomA) und ein Elongations-/Terminationsmodul (TomB). Wir werden die strukturelle Basis des Mechanismus der Kondensationsreaktion, die von der C-Domäne von TomB ausgeführt wird, in Gegenwart von den Substrat beladenen PCP-Domänen von TomA oder TomB aufklären. Dafür werden wir NMR-Spektroskopie einsetzen, da diese Methode auf einzigartige Weise erlaubt, transiente Wechselwirkungen, wie sie in NRPS vorkommen, zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen