Untersuchung der funktionellen Diversität natürlich vorkommender Halohydrindehalogenase-homologer Enyzme bzw. Proteine mit Variationen in HHDH-spezifischen Sequenzmotiven

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anett Schallmey
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437641034

Halohydrindehalogenasen (HHDHs) gehören zur Sumperfamilie der kurzkettigen Dehydrogenasen/Reduktasen (SDR) und weisen strukturelle sowie mechanistische Gemeinsamkeiten mit SDR Enzymen auf, obwohl beide chemisch unterschiedliche Reaktionen katalysieren. Durch Identifikation HHDH-spezifischer Sequenzmotive basierend auf der katalytischen Triade (Motiv 2, S-X12-Y-X3-R) und konservierten Aminosäuren der Nukleophilbindetasche (Motiv 1, T-X4-F/Y-X-G) von HHDHs können diese einfach und eindeutig von SDR Enzymen unterschieden werden. Basierend auf diesen Motiven war es uns möglich, durch gezielte Datenbankensuche die Anzahl bekannter HHDHs von wenigen auf über 70 verschiedene Enzyme mit teilweise neuen Eigenschaften und Funktionalitäten zu erhöhen. Bei einer konventionellen BLASTP Suche in Sequenzdatenbanken in Kombination mit phylogenetischen Analysen wurden 63 zusätzliche Sequenzen identifiziert, welche hoch homolog zu bekannten HHDHs sind, aber bestimmte Unterschiede in den Sequenzmotiven 1 und 2 aufweisen. Übergreifendes Ziel dieses Projektes ist deshalb, den Einfluss dieser natürlich vorkommenden Sequenzmotivvariationen auf Funktionalität, Eigenschaften und Struktur der kodierten Enzyme bzw. Proteine aufzuklären. Dazu soll zunächst eine mögliche HHDH Aktivität der Proteine untersucht werden. Basierend auf der hohen Homologie zu bekannten HHDHs gehen wir davon aus, dass zumindest ein Teil der Sequenzen mit Aminosäureaustauschen in den HHDH-spezifischen Motiven noch funktionale HHDHs kodieren. Zudem vermuten wir, dass Modifikationen in Motiv 1 der Nukleophilbindetasche auch neue biokatalytische Eigenschaften der Enzyme mit sich bringen werden. Über strukturellen und funktionellen Vergleich mit generierten Mutanten bekannter HHDHs soll so ein besseres Verständnis zur strukturellen und funktionellen Bedeutung der konservierten Reste in Sequenzmotiv 1 erzielt werden.Zusätzlich wollen wir innerhalb des Projektes auch die HHDH-homologen Proteine genauer untersuchen, welche keine HHDH Aktivität aufweisen. Hier sind besonders Proteine von Interesse, die nicht das katalytische Tyrosin der HHDHs besitzen, gleichzeitig aber das HHDH-typische Sequenzmotiv 1 tragen. Unsere Vermutung ist, dass diese Proteine trotz fehlender HHDH Aktivität in der Lage sind, HHDH-typische Substrate zu binden. Mit Hilfe von Bindungsstudien, in silico Analysen des genomischen Kontextes sowie struktureller Untersuchungen sollen im Projekt mögliche physiologische Funktionen dieser Proteine beleuchtet werden. Insgesamt trägt das vorliegende Projekt damit zu einem grundsätzlichen Verständnis der funktionellen Diversität natürlich vorkommender, HHDH-homologer Proteine mit Variationen in den HHDH-typischen Sequenzmotiven bei. Gleichzeitig soll somit bisher uncharakterisierten Vertretern der SDR Superfamilie eine Funktion zugeordnet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen