Charakterisierung eines neu entdeckten mitochondrialen molybdäncofaktorabhängigen Enzymsystems

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Clement; Professor Dr. Ralf R. Mendel
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 111328339

Die "mitochondriale Amidoxim reduzierende Komponente" (mARC) ist ein 2006 von uns entdecktes molybdänhaltiges Enzym. Neben mARC sind nur drei weitere Molybdoenzyme im Menschen bekannt. Das Enzym ist in der Lage, gemeinsam mit Cytochrom b5 (Cyt b5) und Cytochrom b5 Reduktase (b5 Red), N-hydroxylierte Verbindungen zu reduzieren. Fast alle eukaryontischen Genome kodieren für zwei mARC-Enzyme (mARC1/2), die sich stark in ihrer Aminosäuresequenz ähneln und beide in der Lage sind, gemeinsam mit Cyt b5 und b5 Red, N-hydroxylierte Verbindungen zu reduzieren. Das Enzym mARC ist durch unsere bisherigen Arbeiten und Publikationen mittlerweile erfolgreich in der Fachwelt etabliert. So ist die von uns vorgeschlagene Bezeichnung "mARC" vom HUGO Gene Nomenclature Committee 2011 übernommen worden. Das Enzymsystem wurde ursprünglich im Rahmen der Untersuchung des N-reduktiven Arzneistoffmetabolismus entdeckt. Da die Beteilung am Arzneistoffmetabolismus bekannt ist, verfolgen wir vorrangig das Ziel, die physiologische Bedeutung des Enzymsystems aufzuklären. Unsere geplanten Vorhaben basieren im Wesentlichen auf unseren bisherigen Studien mit isolierten Proteinquellen. Um die physiologische Relevanz des Enzymsystems besser beurteilen zu können, möchten wir unsere künftigen Studien schwerpunktmäßig mit zellulären Systemen durchführen, wobei unserem mARC-Knock-out-Mausmodell eine besondere Bedeutung zukommt. Folgende Aspekte sollen untersucht werden: Ist nur eins oder sind beide mARC-Enzyme im N-reduktiven Stoffwechselweg involviert? Handelt es sich bei dem Enzymsystem um einen zellulären Schutzmechanismus, der den Einbau mutagener Basenanaloga in die Nukleinsäuren der Zelle verhindert? Greift das Enzymsystem modulierend in den L-Arginin und NO Stoffwechsel ein und kann dadurch ein kausaler Zusammenhang mit Diabetes/diabetischer Nephrophathie abgeleitet werden? Kann aus der subzellulären Lokalisation von mARC in Mitochondrien und Peroxisomen ein Zusammenhang mit dem komplexen Stoffwechsel der reaktiven Sauerstoffspezies abgeleitet werden? Da das mARC-haltige Enzymsystem im Metabolismus von Arzneistoffen mit N-hydroxylierten funktionellen Gruppen eine zentrale Rolle spielt, sollen außerdem folgende Untersuchungen durchgeführt werden: Die Charakterisierung der reduktiven Engiftung von N-hydroxylierten Anilin-Derivaten unter der besonderen Berücksichtigung von genetischen Polymorphismen des N reduktiven Enzymsystems. Quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehungen zur Aufklärung möglicher Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der Substrate und der Reduktaseaktivität. Letztere könnten für die rationale Entwicklung von so genannten Amidoxim-Prodrugs ausgenutzt werden. Unsere geplanten Arbeiten zur biochemisch-spektroskopischen Charakterisierung des aktiven Zentrums und funktionell bedeutsamer Protein-Sequenzmotive sowie zur Aufklärung der atomaren Struktur der mARC-Enzyme werden zum grundlegenden Verständnis dieser neuen Enzymklasse beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen