3D-Structures and Reaction Mechanisms of Rauvolfia Enzymes

• Applicant: Professor Dr. Heribert Warzecha, since 6/2011
• Subject Area: Pharmacy
• Term: from 2004 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5409361

Für ein tief greifendes Verständnis der Biosynthese pflanzlicher Naturstoffe ist auch die genaue Kenntnis der beteiligten Biokatalysatoren (Enzyme) und der molekularen Mechanismen der Einzelreaktionen notwendig. Durch die Möglichkeiten der Überexpression solcher Proteine in effektiveren Systemen als in der Pflanzenzelle (u.a. E. Coli oder Hefen) sind diese Enzyme erstmals in Mengen zugänglich, die eine Kristallisation und Röntgenanalyse zur Bestimmung ihrer 3D-Struktur zulassen und eine genaue Beschreibung der Reaktionsmechanismen erlauben werden. Mutationsexperimente ("site-directed mutagenesis") geben nur bedingt Antwort auf solche Fragen. Wir wollen die 3D-Strukturen und daraus folgend die Reaktionsmechanismen von 5 bedeutenden Enzymen aus Rauvolfia-Zellen aufklären: einer neuen multifunktionellen Glucosyltransferase mit der bisher breitesten Substratakzeptanz (Arbutin Synthase); einer Esterase und einer Synthase, die zentrale Rollen in der Biosynthese des Antiarrhythmikums Aimalin spielen sowie einer hoch spezifischen Glucosidase (Structosidin Glucosidase), die die Biosynthese von ca. 2000 Alkaloiden ermöglicht, darunter Alkaloide mit erheblicher therapeutischer Bedeutung. In Kooperation mit einer anderen Arbeitsgruppe wollen wir die Strictosidin Synthase als "Eingangsenzym" zu wohl allen monotherpenoiden Indolalkaloiden des Pflanzenreichs in das geplante Arbeitsprogramm mit aufnehmen. Da alle fünf Enzyme aus einem einzigen Organismus stammen, könnte erstmals auf Proteinebene nach strukturellen Gemeinsamkeiten und Antworten zur Evolution gesucht werden, was für eine solche Auswahl von Proteinen nach X-ray Analyse in dieser Weise bisher nicht möglich war.

• DFG Programme: Research Grants
• Ehemalige Antragsteller: Dr. Santosh Panjikar, from 1/2009 until 5/2011; Professor Dr. Joachim Stöckigt, until 7/2008