Entwicklung niedermolekularer Inhibitoren und Stabilisatoren der Dimerisierung von tRNA-Guanin Transglykosylase zur Bekämpfung der Shigellenruhr

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Klebe
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324043133

Das Stören von Protein-Protein-Kontaktflächen (PPI) ist eine neue Option zur therapeutisch Intervention. Inhibitoren, die entweder PPIs aufbrechen oder stabilisieren können Proteinfunktionen modulieren und diese im inaktiven Zustand einfrieren. Experimentell stellen Homodimere eine besondere Herausforderung dar, da jede Manipulation, die separate Monomer-Einheiten voraussetzt, nicht durchführbar sind. Wir wollen ein tRNA-modifizierendes Enzym, Zielstruktur zur Behandlung der Shigellose, untersuchen, das nur als Homodimer funktional ist. In Lösung stellt es ein stabiles Dimer dar, das seine Monomer-Einheiten über Stunden austauscht. Durch Mutagenese gelang es uns, partielle bis vollständige Monomerisierung zu erreichen, im Kristallverband bildet sich aber weiterhin das übliche C2-symmerische Homodimer aus. Dies verwehrt kristallographische Einblicke in die Geometrie des Monomers. Eine Tyr/Cys Mutante, die in Lösung monomer vorliegt, bildet im Kristall das übliche Homodimer. Allerdings resultiert durch Oxidation und anschließende Cys-Cys-Disulfidbildung eine neue, völlig andere Packung im Kristall, die jetzt den alten Kontaktbereich freilegt. Dort nimmt eine Schleife, die entscheidend die Homodimerbildung steuert, eine neue Konformation ein, die nicht mehr mit der alten Homodimerpackung im Einklang steht. Unter der Schleife bildet sich eine Tasche, die ein kleines Molekül als Stabilisator aufnehmen kann und die Schleife in der für die Dimerbildung unpassenden Geometrie fixiert und das Protein in den Monomerzustand zwingt. In dem Projekt sollen solche allosterischen Oberflächenbinder entwickelt werden.Durch chemische Expansion von Liganden im aktiven Zentrum gelang es uns, eine Transformation des üblichen Homodimers in eine neue, strukturell völlig andere aber mit gleich großer Kontaktfläche versehene Dimerpackung auszulösen. Das neue Dimer ist nicht mehr in der Lage, die tRNA zu binden und zu prozessieren, das Protein ist in einem inaktiven Zustand arretiert. Wir wollen die Binder im aktiven Zentrum so verändern, dass sie das neue funktional blockierte Homodimer stabilisieren. Auf diesem Weg lässt sich durch Stabilisatoren eine alternative Blockade der Enzymfunktion erreichen. Das Projekt beinhaltet Mutagenese, Proteinkristallographie, Fragment-basierte Leitstruktursuche, chemische Synthese, Biophysik mit Massenspektrometrie, ESR und Thermodynamik. Computer-simulationen begleiten die experimentellen Arbeiten. Das Projekt umfasst Kooperationen mit F. Diederich (Synthese, ETH Zürich), S. Cianferani (Massenspektrometrie, Straßburg) und J. Klare (ESR, Osnabrück).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Francois Diederich (†)