B12-bindende Proteine

Nukleotide und nukleotid-bindende Proteine nehmen eine zentrale Rolle in Lebensprozessen ein. Durch das Binden und Aktivieren von Nukleotid-Cofaktoren machen Enzyme Gebrauch von den metabolisch wichtigen Reaktivitäten einer Vielzahl von Mono-, Di- und Trinukleotiden. Zu den letzteren gehören die ubiquitären Vitamin B12-Derivate, wie die crrinoiden Di- und Trinukleotide Methylcobalamin, und Coenzym B12, welche einzigartige organometallische Funktionen in vielfältigen Lebensformen haben. Das vorliegende Projekt soll sich mit einigen Enzymen beschäftigen, deren Funktionen auf ihrem Vermögen beruhen, B12-Cofaktoren zu binden und zu aktivieren. Für einige dieser Enzyme ist kürzlich erkannt worden, daß sie zu der weiteren Gruppe der Nukleotid-bindenden Proteine gehören. Ein Teil der vorgeschlagenen Arbeiten soll sich mit dem Problem des spezifischen Erkennens und der Aktivierung des organometallischen Trinukleotids Coenzym B12 durch die B12-bindende Untereinheit einer Coenzym B12- abhängigen bakteriellen Glutamat Mutase beschäftigen. Die Struktur des B12-bindenden Proteins und die Strukturelemente, welche zum spezifischen Binden des B12-Cofaktors führen, sollen in Lösung mittels spektroskopischer Methoden näher aufgeklärt werden. Zu diesen Studien sollen strukturelle Untersuchungen über das B12-Binden durch einige neulich entwickelte monoklonale B12-Antikörper kommen, deren Wechselwirkungsmechanismen mit Coenzym B12 und einigen seiner organometallischen Analoga ebenfalls durch spektroskopische Methoden strukturell charakterisiert werden sollen. Im Zusammenhang damit soll auch das Binden von Vitamin B12-Derivaten an das humane (und medizinisch wichtige) B12-bindende Protein "intrinsischer Faktor" strukturell untersucht werden. Mit dem Projekt ist geplant, die strukturelle Basis und die Erkennungsmuster einiger Proteine zu entschlüsseln, die die ungewöhnlichen organometallischen Di- und Trinukleotide des B12-Coenzyms binden und aktivieren, ein Vorgang, der für menschliches Leben und für andere Lebensformen von Bedeutung ist.

Vitamin B12 und seine Derivative haben als Vitamine zentrale Rollen im Menschen, wie in beinahe allen anderen Lebensformen. B12-Derivate sind die Basis für Prozesse des Lebens die einzigartige organometallische Reaktionen benötigen. Die metabolisch wichtige Reaktivität dieser B12-Derivative wird in Enzymen kontrolliert, welche die B12-Cofaktoren binden und aktivieren. Die Mehrzahl dieser Enzyme gehört zu der weiteren Familie der Nukleotid- bindenden Proteine. Das vorliegende Projekt war dem Problem gewidmet, wie Coenzym B12 und verwandte B12- Derivative von solchen Proteinen erkannt, gebunden und aktiviert werden, welche B12-Derivate als Cofaktoren benötigen. Die strukturellen Elemente eines natürlichen B12-bindenden Proteins, welche das spezifische Binden solcher B12- Cofaktoren ermöglichen, wurden in Lösung detailliert spektroskopisch untersucht. Unsere Studien betrafen die B12- bindende Domäne des Coenzym B12-abhängigen Enzyms Glutamat Mutase. Die Experimente zeigten, dass die Nukleotid Funktion der B12-Derivate für das Binden entscheidend ist. Ein fundierter Vorschlag über den Mechanismus der Erkennung und des Bindens von Coenzym B12 durch Proteine wurde damit möglich. Monoklonale Antikörper gegen Coenzym B12 konnten erzeugt werden. Die spektroskopischen Studien an diesen (künstlichen) B12-bindenden Proteinen gaben detaillierte Einblicke in den Modus der Wechselwirkung mit Coenzym B12. Im gleichen Zusammenhang standen Experimente über das B12-Binden durch natürliche, humane Vitamin B12-bindende Proteine, wie dem wichtigen "Intrinsischen Faktor". Die Experimente über die strukturelle Basis des spezifischen Erkennens von B12-Derivativen ordneten der B12-Nukleotid Funktion eine kritische Rolle beim Binden durch natürliche B12-bindende Proteine zu. Neben den Interaktionen von B12-Cofaktoren und B12-bindenden Proteinen sind auch direkte Wechselwirkungen von B12 mit RNA metabolisch wichtig. Eine erste Serie von Experimenten zu dieser Problemstellung war der Interaktion von B12 mit DNA und RNA gewidmet. Zu diesem Zweck wurden kovalente Conjugate von DNA mit B12 entworfen und eine Methode für ihre Synthese wurde erarbeitet. Das Projekt half damit die strukturelle Basis von Bio-Makromolekülen auszuloten, welche die einzigartigen organometallischen B12-Coenzyme binden und aktivieren.