Proteine eines neuen Vitamin B6 Biosyntheseweges

Vitamin B6 (Pyridoxin) ist ein essentieller Nahrungsbaustein für Tier und Mensch, da diese den für die Biosynthese notwendigen Stoffwechselweg nicht besitzen. Bakterien, Pilze und Pflanzen besitzen hingegen die Fähigkeit Vitamin B6 aus einfachen Zuckerbausteinen aufzubauen. Die Biosynthese von Pyridoxin wurde exemplarisch im Modellorganismus Escherichia coli aufgeklärt und man vermutete, dass dieser Stoffwechselweg ubiquitär ist, d.h. von allen anderen Organismen ebenfalls verwendet wird. Diese Sichtweise musste kürzlich revidiert werden, da offensichtlich der in E. coli beschriebene Biosyntheseweg hauptsächlich auf die gamma-Gruppe von Bakterien beschränkt ist. Alle anderen Organismen benutzen einen neuartigen Stoffwechselweg, der Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist. Unser besonderes Augenmerk gilt dabei den beiden Proteinen YaaD und YaaE, die im Bakterium Bacillus subtilis an der Biosynthese von Pyridoxin beteiligt sein sollen. Die exakte molekulare Funktion dieser beiden Proteine ist jedoch völlig ungeklärt und stellt daher einen unserer wissenschaftlichen Schwerpunkte dar. Um Aufschluss über ihre jeweilige Funktion zu erhalten, sollen die Gene zunächst kloniert und die Proteine heterolog in einem geeigneten Wirtsorganismus exprimiert werden. Die rekombinanten Proteine werden sodann zur Homogenität gereinigt und mittels biochemischer, biophysikalischer und strukturanalytischer Methoden charakterisiert, mit dem Ziel ihre molekulare Funktionsweise verstehen zu können. Darüberhinaus scheint das Protein YaaD nicht nur an der Vitamin B6 Biosynthese beteiligt zu sein sondern auch als Regulator bei der Stressantwort auf reaktive Sauerstoffspezies und der Biosynthese von Vitamin B1 zu fungieren. Die molekularen Mechanismen dieser Funktion sind unbekannt. In einem ersten Ansatz wollen wir die Protein-Protein-Wechselwirkungen von YaaD mit Proteinen aus anderen Stoffwechselwegen charakterisieren, um damit einen Zugang zu den Angriffsorten von YaaD als molekularer "Schaltern" zu erhalten. Da sowohl YaaD als auch YaaE essentiell für die Vitamin B6 Biosynthese sind, stellen beide Proteine interessante Ziele für die Entwicklung neuartiger Antibiotika, Fungizide und Herbizide dar. Unsere basiswissenschaftliche Charakterisierung dient daher auch dem Ziel die Grundlage für ein rationales "Design" und/oder ein "Screening"- Programm bereitzustellen. Dieser Ansatz wird zusätzlich durch die Auklärung der räumlichen Struktur unserer Zielproteine unterstützt.

Vitamin B6 (Pyridoxin) ist ein essentieller Nahrungsbaustein für Tier und Mensch, da diese den für die Biosynthese notwendigen Stoffwechselweg nicht besitzen. Bakterien, Pilze und Pflanzen besitzen hingegen die Fähigkeit Vitamin B6 aus einfachen Zuckerbausteinen aufzubauen. Die Biosynthese von Pyridoxin wurde exemplarisch im Modellorganismus Escherichia coli aufgeklärt und man vermutete, dass dieser Stoffwechselweg ubiquitär ist, d.h. von allen anderen Organismen ebenfalls verwendet wird. Diese Sichtweise musste kürzlich revidiert werden, da offensichtlich der in E. coli beschriebene Biosyntheseweg hauptsächlich auf die gamma-Gruppe von Bakterien beschränkt ist. Alle anderen Organismen benutzen einen neuartigen Stoffwechselweg, der Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist. Unser besonderes Augenmerk gilt dabei den beiden Proteinen YaaD und YaaE, die im Bakterium Bacillus subtilis an der Biosynthese von Pyridoxin beteiligt sein sollen. Die exakte molekulare Funktion dieser beiden Proteine ist jedoch völlig ungeklärt und stellt daher einen unserer wissenschaftlichen Schwerpunkte dar. Um Aufschluss über ihre jeweilige Funktion zu erhalten, sollen die Gene zunächst kloniert und die Proteine heterolog in einem geeigneten Wirtsorganismus exprimiert werden. Die rekombinanten Proteine werden sodann zur Homogenität gereinigt und mittels biochemischer, biophysikalischer und strukturanalytischer Methoden charakterisiert, mit dem Ziel ihre molekulare Funktionsweise verstehen zu können. Darüberhinaus scheint das Protein YaaD nicht nur an der Vitamin B6 Biosynthese beteiligt zu sein sondern auch als Regulator bei der Stressantwort auf reaktive Sauerstoffspezies und der Biosynthese von Vitamin B1 zu fungieren. Die molekularen Mechanismen dieser Funktion sind unbekannt. In einem ersten Ansatz wollen wir die Protein-Protein-Wechselwirkungen von YaaD mit Proteinen aus anderen Stoffwechselwegen charakterisieren, um damit einen Zugang zu den Angriffsorten von YaaD als molekularer "Schaltern" zu erhalten. Da sowohl YaaD als auch YaaE essentiell für die Vitamin B6 Biosynthese sind, stellen beide Proteine interessante Ziele für die Entwicklung neuartiger Antibiotika, Fungizide und Herbizide dar. Unsere basiswissenschaftliche Charakterisierung dient daher auch dem Ziel die Grundlage für ein rationales "Design" und/oder ein "Screening"-Programm bereitzustellen. Dieser Ansatz wird zusätzlich durch die Auklärung der räumlichen Struktur unserer Zielproteine unterstützt.