Die Oxidoreduktase Tpx: Strukturelle Grundlagen eines ungewöhnlichen Inhibitor-Bindemodus und der Tpx-Funktion in der Hydroperoxid-Entgiftungskaskade von Trypanosomatiden

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ute Hellmich
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438511573

Parasiten verursachen verheerende Krankheiten und bedrohen sowohl Menschen als auch ihre Nutztiere. Trypanosomatide, darunter die Auslöser der Afrikanischen Schlafkrankheit (Trypanosoma brucei spp.), des Chagas Fiebers (T. cruzi) und der viszeralen und kutanen Leishmaniose (Leishmania spp.), sind einzellige, eukaryotische Protozoen, die sich durch einen einzigartigen Thiol-Redoxmetabolismus auszeichnen. Dieser baut auf Trypanothion als Elektronendonor für die DNA Synthese, Proteinreparatur und Hydroperoxid-Entgiftung auf. Diese Reaktionen werden von Peroxidasen wie PxIII ausgeführt, die durch die essentielle, parasitäre Oxidoreduktase Tryparedoxin (Tpx) reduziert werden. Wir haben vor kurzem die erste Struktur von Tpx in Komplex mit einem kleinen, kovalenten Inhibitor bestimmt, der sowohl in vitro und in vivo anti-trypanosomales Potenzial zeigt. Dieser Inhibitor (CFT) induziert die Dimerisierung von Tpx durch Protein-Inhibitor, Protein-Protein und Inhibitor-Inhibitor Interaktionen und stellt ein neues Konzept im Gebiet der chemisch induzierten Dimerisierung dar. Darüber hinaus beschrieben wir Tpx Punktmutanten, die die Oxidoredukatsefunktion und/oder die Interaktion mit CFT, Trypanothion und Peroxidasen beeinflussen. Trotz dieser Fortschritte ist eine detaillierte mechanistische Beschreibung der Tpx-katalysierten Redoxreaktionen momentan durch die Abwesenheit verlässlicher Strukturdaten für Tpx in Komplex mit seinen Partnermolekülen beeinträchtigt. Zusätzlich benötigt die zukünftige Entwicklung verbesserter Tpx Inhibtoren eine genaue molekulare Beschreibung der Parameter, die die Protein-Inhibitor Interaktionen definieren und zu der beobachteten CFT-induzierten Proteindimerisierung führen. Wir möchten daher einen integrierten, strukturbiologischen Ansatz durchführen, um die strukturellen und dynamischen Grundlagen der Tpx Interaktionen mit dem Inhibitor CFT, Trypanothion und PxIII aufzuklären. Einige der Tpx-CFT Interaktionen werden durch das Protein Rückgrat vermittelt und sind daher nicht durch Mutagenese zugänglich. In diesen Fällen werden wir den Inhibitor chemisch modifizieren, um die intermolekularen Determinanten der CFT-Tpx Interaktion zu bestimmen. Tpx ist hochkonserviert in Trypanosomatiden, darunter auch die am weitesten verbreiteten und medizinisch relevantesten humanpathogenen Spezies T. cruzi, L. infantum, L. donovani and L. major. Die detaillierte Charakterisierung der molekularen Interaktionen von Tpx mit einem Inhibitor hat somit auch großes Potenzial für die Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen diese vernachlässigten Tropenkrankheiten. Daher werden wir die Interaktion unseres Inhibitors mit den Tryparedoxin Oxidoreduktasen dieser Organismen strukturell und funktionell untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen