Glykosyltransferasen zum Aufbau von S-Schichtglykanen

Glykosyltransferasen spielen eine bedeutende Rolle beim Assembly-Prozess der Zuckerketten von Glykoproteinen. Generell sind sie am Einbau von nukleotid-aktivierten Zuckern in die wachsenden Glykanketten beteiligt. Ihre Funktionsweise ist bei Eukaryoten sehr gut untersucht, während bei jenen Prokaryoten, die zur Glykoprotein- Biosynthese befähigt sind, bisher nur sehr wenige Daten erhoben wurden. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt zielt auf die Expression und funktionelle Analyse von Glykosyltransferasen ab, die am Aufbau und der Ausschleusung von S-Schichtglykanen des S-Schichtproteins SgsE von Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a beteiligt sind. Von diesem Organismus und auch von verwandten Aneurinibacillus thermoaerophilus-Stämmen liegen jetzt erstmals vollständige Sequenzen der slg (surface layer glycosylation) -Gencluster vor. Obwohl die Zuckerketten des S-Schichtproteins SgsE nur aus L-Rhamnoseresten aufgebaut sind, wurden durch Vergleich mit Sequenzen aus Gendatenbanken unterschiedliche Rhamnosyltransferasen im slg-Cluster von G. stearothermophilus NRS 2004/3a identifiziert. Da weder L- Rhamnose noch die für den Aufbau von L-Rhamnanen beteiligten Gene bisher im menschlichen Organismus nachgewiesen werden konnten, sind die Rhamnosyltransferasen in Zukunft lohnende Ziele für die Entwicklung von neuen antibakteriellen Therapien. Bei der Charakterisierung weiterer, im slg-Cluster von G. stearothermophilus NRS 2004/3a vorliegender Gene wurden in den putativen Proteinsequenzen ebenfalls Glykosyltransferase-Domänen festgestellt. Diese sind Teil von Proteinen, die an der Kettenlängenbestimmung und der Ausschleusung der S-Schichtglykane durch die Cytoplasmamembran beteiligt sein könnten. Das Vorkommen eines ATP-abhängigen ABC 2 Transportsystems deutet darauf hin, dass das Wachstum der Zuckerketten an ihrem nicht-reduzierenden Ende stattfindet. Da die untersuchten Gram-positiven Bakterien bisher nicht transformiert werden konnten, wird die Expression und funktionelle Charakterisierung der Glykosyltransferasen in heterologen Systemen wie Escherichia coli oder Lactococcus lactis erfolgen. Weiters sind erste Experimente zur genetischen Modifikation der natürlichen Glykanstrukturen der S-Schichtglykoproteine von G. stearothermophilus NRS 2004/3a vorgesehen. Diese Untersuchungen sollen die entscheidenden Grundlagen für die Herstellung von modifizierten S Schichtneoglykoproteinen durch "carbohydrate engineering" für nanobiotechnologische und biomedizinische Anwendungen liefern.

Glykosyltransferasen spielen eine bedeutende Rolle beim Assembly-Prozess der Zuckerketten von Glykoproteinen. Generell sind sie am Einbau von nukleotid-aktivierten Zuckern in die wachsenden Glykanketten beteiligt. Ihre Funktionsweise ist bei Eukaryoten sehr gut untersucht, während bei jenen Prokaryoten, die zur Glykoprotein- Biosynthese befähigt sind, bisher nur sehr wenige Daten erhoben wurden. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt zielt auf die Expression und funktionelle Analyse von Glykosyltransferasen ab, die am Aufbau und der Ausschleusung von S-Schichtglykanen des S-Schichtproteins SgsE von Geobacillus stearothermophilus NRS 2004/3a beteiligt sind. Von diesem Organismus und auch von verwandten Aneurinibacillus thermoaerophilus-Stämmen liegen jetzt erstmals vollständige Sequenzen der slg (surface layer glycosylation) -Gencluster vor. Obwohl die Zuckerketten des S-Schichtproteins SgsE nur aus L-Rhamnoseresten aufgebaut sind, wurden durch Vergleich mit Sequenzen aus Gendatenbanken unterschiedliche Rhamnosyltransferasen im slg-Cluster von G. stearothermophilus NRS 2004/3a identifiziert. Da weder L- Rhamnose noch die für den Aufbau von L-Rhamnanen beteiligten Gene bisher im menschlichen Organismus nachgewiesen werden konnten, sind die Rhamnosyltransferasen in Zukunft lohnende Ziele für die Entwicklung von neuen antibakteriellen Therapien. Bei der Charakterisierung weiterer, im slg-Cluster von G. stearothermophilus NRS 2004/3a vorliegender Gene wurden in den putativen Proteinsequenzen ebenfalls Glykosyltransferase- Domänen festgestellt. Diese sind Teil von Proteinen, die an der Kettenlängenbestimmung und der Ausschleusung der S-Schichtglykane durch die Cytoplasmamembran beteiligt sein könnten. Das Vorkommen eines ATP- abhängigen ABC 2 Transportsystems deutet darauf hin, dass das Wachstum der Zuckerketten an ihrem nicht- reduzierenden Ende stattfindet. Da die untersuchten Gram-positiven Bakterien bisher nicht transformiert werden konnten, wird die Expression und funktionelle Charakterisierung der Glykosyltransferasen in heterologen Systemen wie Escherichia coli oder Lactococcus lactis erfolgen. Weiters sind erste Experimente zur genetischen Modifikation der natürlichen Glykanstrukturen der S-Schichtglykoproteine von G. stearothermophilus NRS 2004/3a vorgesehen. Diese Untersuchungen sollen die entscheidenden Grundlagen für die Herstellung von modifizierten S Schichtneoglykoproteinen durch "carbohydrate engineering" für nanobiotechnologische und biomedizinische Anwendungen liefern.