Verständnis der Sequenz-Struktur-Funktion-Beziehung der großen Arylsulfat-Sulfotransferase (ASST)-Enzymfamilie für die Entwicklung neuartiger Sulfatierungs-Biokatalysatoren

• Antragsteller: Dr. Mehdi Davari Dolatabadi, Ph.D.; Professor Ulrich Schwaneberg, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505682627

Sulfatierte Biomoleküle sind in der Natur weit verbreitet und spielen eine wichtige Rolle bei biologischen Funktionen. Unter den Enzymen, die für die Sulfatierung verantwortlich sind, sind Arylsulfat-Sulfotransferasen (ASSTs) interessante Biokatalysatoren, da sie einfache aromatische Sulfate wie para-Nitrophenylsulfat als Donatoren verwenden, im Gegensatz zu PAPS-abhängigen Sulfotransferasen, die das komplexe und weniger stabile PAPS als Donator verwenden. Über die ASSTs ist jedoch nur sehr wenig bekannt (nur eine 3D-Struktur und ihr molekularer Mechanismus wurden beschrieben, eine vorläufige Einteilung in verschiedene Klassen entsprechend ihrer Biochemie oder ihrem genomischen Kontext, nur ein natürliches Donor- und ein Akzeptorsubstrat wurden identifiziert). Nach unserer vorläufigen phylogenetischen Analyse von 2244 Sequenzen der ASSTs-Gene haben wir 19 Familie identifiziert, die vernünftige Boots-Trap-Werte aufweisen. In Analogie zu den CAZY- oder Sulfatlas-Datenbanken könnte jede der 19 Familie einer unterschiedlichen Substratspezifität oder/und einem unterschiedlichen Mechanismus entsprechen. Da jedoch nur wenige biochemische und strukturelle Daten vorliegen, kann diese Hypothese heute nicht durch experimentelle Daten in Frage gestellt werden. Außerdem stimmen viele der Zweige (Familien) mit der Taxonomie überein, was die naheliegende Frage aufwirft, ob die Substratspezifität ein Merkmal ist, das mit der Taxonomie zusammenhängt.Im SulfASST-Projekt verwenden wir eine Kombination sich ergänzender Ansätze aus den Bereichen Bioinformatik, Biochemie, Enzymologie, Strukturbiologie, molekulare Modellierung und Protein-Engineering, um umfangreiche Informationen über die ASST-Enzyme zu erhalten. Auf der Grundlage der vorläufigen phylogenetischen Analyse wird ein Vertreter jeder der 19 Familien exprimiert und auf Donor- und Akzeptorsubstrate untersucht. Die Enzymkristallographie von 6-8 sorgfältig ausgewählten Vertretern der ASSTs soll wertvolle Details über molekulare Aspekte der Katalyse und Selektivität (Substrat, Regiochemie) liefern. Gelenkte Enzymevolution (KnowVolution) und Modellierung werden es ermöglichen, maßgeschneiderte Biokatalysatoren für biotechnologische Zwecke zu erhalten. Schließlich wird diese eingehende Charakterisierung der ASSTs und die Rationalisierung der erzielten Ergebnisse es ermöglichen, festzustellen, ob die Substratspezifität mit der Phylogenie korreliert; ob der genomische Kontext der ASSTs-Gene auf das Substrat oder die biologische Aktivität hinweist; die strukturellen Determinanten der Substratspezifität/-promiskuität und Regioselektivität zu entschlüsseln; zu definieren, ob der Enzymmechanismus in den verschiedenen Unterfamilien konserviert ist; Substratselektivität und Regioselektivität durch molekulare Modellierung vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Tristan Barbeyron; Dr. Mirjam Czjzek; Professor Dr. Franck Daligault; Gurvan Michel, Ph.D.; Professor Bernard Offmann