Das WW-Domänen-Gerüst als Modellsystem für das de novo Design miniaturisierter Phosphatrezeptoren, Phosphatasen und Sulfatasen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Franziska Thomas
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414261058

Enzyme katalysieren in lebenden Systemen nahezu alle biochemischen Prozesse unter milden Bedingungen und mit hoher Substratspezifität, Stereoselektivität und erstaunlicher Effizienz. Es verwundert somit nicht, dass es Bestrebungen gibt, Enzyme für die chemische Synthese zu nutzen. Neben der Verwendung natürlicher Enzyme ist das Konstruieren katalytischer Eigenschaften in Proteingerüste oder das vollständige de novo Design ganzer Enzyme vom Reisbrett aus Gegenstand wissenschaftlichen Interesses. Die meisten Ansätze im Enzymdesign basieren auf dem Redesign natürlicher Proteine. Der Vorteil ist die große Zahl verfügbarer Proteingerüste. Allerdings sind die meisten Proteingerüste in Bezug auf ihre Faltung nur unzureichend verstanden, weshalb Modifikationen zu Fehlfaltungen führen können. In kleinen, gut untersuchten Proteinfaltungsmotiven sind die Positionen, die Modifikationen erlauben, bekannt. Zudem sind sie oft durch chemische Synthese herzustellen, was den Einbau nicht-natürlicher Aminosäuren erlaubt. Es gibt jedoch nur wenig gut untersuchte Proteinfaltungsmotive und verstanden ist im Prinzip nur das Coiled-Coil-Motiv. Demzufolge wurden hauptsächlich Helixbündel als Gerüste für das de novo Design miniaturisierter Enzyme erprobt.Das vorliegende Forschungsvorhaben ist im Bereich des Designs miniaturisierter Enzyme anzusiedeln. Die selbständig faltende WW-Domäne, ein kleines β-Faltblattmotiv, soll alternativ zum obligatorischen Coiled-Coil als Peptidgerüst für das de novo Design von Mini-Enzymen untersucht werden. Im Vorfeld wurden durch Sequenzabgleich und Alaninscans der Ligandenbindungstasche Aminosäurereste identifiziert, die für die Struktur und die Ligandenbindung relevant sind. Darauf basierend werden Sequenzen vorgeschlagen, die ein WW-Domänen-Grundgerüst codieren. Dieses Grundgerüst soll als Ausgangspunkt für die Generierung verschiedener WW-Domänen-artiger Peptidgerüste mit zunächst variierenden Bindungseigenschaften dienen. Als Konzeptprüfung wird das de novo Design von Vertretern der verschiedenen WW-Domänen-Gruppen präsentiert, die jeweils unterschiedliche prolinreiche Liganden binden. Des Weiteren wird im Forschungsvorhaben die Generierung von WW-Domänen-Gerüsten vorgeschlagen, die verschiedene phosphorylierte Peptide und Moleküle binden. Dies ist wiederum Ausgangspunkt für das Design WW-Domänen-basierter Phosphatasen und Sulfatasen. Geeignete Peptidgerüste sollen durch einen kombinatorischen Ansatz basierend auf der Rekonstitution fragmentierter WW-Domänen durch Coiled-Coil-Assoziation identifiziert werden. Die WW-Domänen-Fragmente werden dazu auf je einen Strang eines antiparallelen Coiled-Coils gebunden. Dieses Konzept wurde zuvor erfolgreich an der WW-Domäne von PIN1 erprobt.Das Forschungsprojekt soll als Initiator für das Design weiterer miniaturisierter Enzyme basierend auf kleinen ß-Faltblattgerüsten verstanden werden. Zukünftig ist die Katalyse von Ligationen, Transferreaktionen oder Phosphorylierungsreaktionen interessant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen