Kommunikation zwischen Bereitstellung der Energie und der Substrattranslokation im ABC Transporter Pdr5

• Antragsteller: Professor Dr. Lutz Schmitt; Professor Dr.-Ing. Richard Wagner
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492624709

Die mit einer Multidrug Resistance (MDR) einhergehenden Probleme sind zentrale Themen der Gesundheit besonders durch die enorme Zunahme von Mikroben, die gegen eine Vielzahl bekannter Therapien resistent werden. Unter den Möglichkeiten, die sich entwickelt haben, um Medikamenten zu widerstehen, sind MDR-Transporter von zentraler Bedeutung, da sie in der Lage sind, eine Vielzahl strukturell nicht verwandter Therapeutika aus den Zellen zu transportieren bevor diese wirksam werden können. Einige dieser polyspezifischen Transporter verwendet ATP als Energiequelle und gehören zur Superfamilie der ATP-Binding Cassette (ABC)-Proteine. Alle Mitglieder, im wesentlichen Membranproteine, besitzen konservierte Sequenzmotive, die an der ATP Hydrolyse beteiligt sind. Ursprünglich wurde vorgeschlagen, dass ABC-Transporter einen „universellen“ Mechanismus verwenden. Aufgrund der Vielseitigkeit von Funktionen und Topologien kann jedoch die Art und Weise, wie und welche Form der Energie für den Transport verwendet wird, variieren. Über die Zeit haben sich fortlaufend Unterklassen von Transportern mit singulären Merkmalen entwickelt. Auch wenn alle ABC-Transporter zwei ATP-Bindungsstellen besitzen, sind sie entweder symmetrisch, wobei beide Stellen ATP hydrolysieren, oder asymmetrisch mit einer entarteten Bindungsstelle, die ATP nicht oder nur marginal hydrolysiert. Ein wichtiges Beispiel ist Pdr5, ein Volllängen Hefe-MDR-ABC-Transporter, der das extremstes Beispiel einer degenerierten ATP-Bindungsstelle enthält. In Pdr5 zeigen alle konservierten Motive, die an der ATP-Bindung beteiligt sind, einen Austausch der katalytisch relevanten Aminosäuren. In Bezug auf die Energieversorgung scheint Pdr5 seine Nukleotid-Abhängigkeit an das zu transportierende Substrat anzupassen. Darüber hinaus belegen Ergebnisse zum Funktionsmechanismus von Pdr5, dass dieser Transporter Substrate und Protonen ko-transportiert und eine zusätzliche „Proton-Motive-Force“ generiert. Diese singulären Eigenschaften von Pdr5, sowie dessen hohe Relevanz bezüglich der durch ABC-Transportern vermittelten MDR rechtfertigen eine detaillierte Untersuchung der molekularen Mechanismen von Pdr5. Wir werden uns daher mit zentralen Fragen befassen in Bezug auf (i) den Mechanismus des Co-Transports von Protonen während des Transportzyklus von Pdr5, (ii) die Spezifität für bestimmte Nukleotide in Abhängigkeit vom Transportsubstrat, (iii) die Strukturanalyse von Substraten und Inhibitoren, um zu verstehen, was ein Substrat zu einem Substrat und einen Inhibitor zu einem Inhibitor macht, und (vi) die zugrunde liegende Dynamik und Energetik während des Transportzyklus von Pdr5 zu charakterisieren. Das komplementäre Fachwissen der beiden Teams und ihr Wissen über diesen Hefetransporter sowie über Elektrophysiologie und Einzelmolekül-Fluoreszenztechniken werden von Vorteil sein, um diese wichtigen, auch allgemein relevanten Fragen zu beantworten und die katalytischen Mechanismen von Pdr5 zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen