Funktionsaufklärung von YbiB als repräsentativem Vertreter der neuen TrpD2-Familie prokaryotischer Nukleosid-Triphosphatasen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Patrick Babinger
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351626320

Ziel des Projektes ist die Aufklärung der Funktion des Enzyms YbiB aus Escherichia coli als repräsentativem Vertreter der bisher unerforschten TrpD2-Proteine. Die TrpD2-Proteine zeigen eine hohe strukturelle Ähnlichkeit sowohl zur Anthranilat-Phosphoribosyltransferase (TrpD), einem Enzym aus der Tryptophanbiosynthese, als auch zu den Nukleosid-Phosphorylasen der Klasse II (NP-II), welche eine wichtige Rolle beim Recycling von Nukleotiden spielen. Wir konnten für YbiB jedoch weder eine TrpD- noch eine NP-II-Aktivität nachweisen. Die Kristallstruktur von YbiB zeigt zwei ausgeprägte positiv geladene Furchen an der Oberfläche des dimeren Proteins, die für die hochaffine Bindung an Nukleinsäuren verantwortlich sind. Interessanterweise liegt das Gen ybiB in einem LexA-kontrollierten Operon. Der LexA-Repressor kontrolliert die bakterielle SOS-Antwort auf DNA-Schädigung. Au der Basis dieser Ergebnisse haben wir die Hypothese aufgestellt, dass YbiB und damit die TrpD2-Proteine eine bisher unbekannte Komponente des SOS-Systems sind.In Übereinstimmung mit dieser Hypothese konnten wir vor kurzem zeigen, dass YbiB eine 8-oxo-dGTP-spezifische Triphosphatase-Aktivität besitzt. Die Relevanz dieser Aktivität liegt in der Beseitigung von oxidativ geschädigtem dGTP aus dem Nukleotid-Pool. Zwar gibt es mit der Nudix-Hydrolase MutT in vielen Organismen bereits ein Protein mit dieser Aktivität, dennoch macht das Vorhandensein eines zweiten solchen Enzyms Sinn: MutT dephosphoryliert auch die vier Standard-Nukleotide in gewissem Rahmen, YbiB zeigt eine solche Nebenaktivität jedoch nicht. Damit könnte die Expression von YbiB im SOS-Fall ohne negative Auswirkungen auf den Nucleotidpool auf ein deutlich erhöhtes Niveau angehoben werden.Wir möchten nun die Funktion von YbiB und anderen TrpD2-Vertretern im Kontext der DNA-Reparatur und der Aufrechterhaltung der Integrität des Nukleotidpools eingehend charakterisieren. Zunächst soll getestet werden, ob 8-oxo-dGTP tatsächlich das Haupt-Substrat dieser Enzyme ist, oder ob auch andere geschädigte Nukleotide mit gleicher oder höherer Effizienz umgesetzt werden. Zudem werden wir untersuchen, ob die Bindung von Nukleinsäuren oder Proteinen zu einer Erhöhung der relativ schwachen Aktivität von YbiB führt. Des Weiteren ist die Co-Kristallisation von YbiB mit Substrat-Analoga und Nukleinsäuren geplant. Die daraus resultierenden Strukturen werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Funktionsweise der TrpD2-Proteine leisten. Schließlich wollen wir die Struktur-Funktion-Beziehungen innerhalb der Superfamilie der Klasse III-Phosphoribosyltransferasen, zu denen TrpD2, TrpD und NP-II gehören, genauer untersuchen. So werden die geplanten Arbeiten zum einen die Funktion eines bisher unbekannten Enzyms aus der SOS-Antwort im Detail beleuchten, zum anderen aber auch einen Beitrag zum Verständnis der Evolution einer interessanten Proteinsuperfamilie leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen