What are the mechanisms used to prevent the incorporation of natural toxic amino acids into proteins?

• Applicant: Dr. Gabor Igloi
• Subject Area: Plant Cell and Developmental Biology
• Term: from 2001 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5315402

Natürliche Aminosäuren, die nicht zum Bestandteil von Proteinen gehören (NPA) werden häufig als Produkte des Sekundärmetabolismus von Pflanzen bezeichnet. Sie werden oft als spezies-spezifische Substanzen in großen Mengen - bis zu 15% des Samen Trockengewichts -hergestellt. Obwohl die Funktion von den meisten der tausenden NPAs nicht bekannt ist, wurde die Wirkungsweise von einigen, die sich für Nichtproduzenten als toxisch erwiesen haben, untersucht. Ein Weg zur Toxizität führt über den Einbau der Aminosäure anstatt einer strukturell ähnlich "richtigen" Aminosäure in die wachsende Polypeptidkette. Dadurch entstehen funktionsbeschädigte Proteine. Es wurde gezeigt, dass solche NPAs von den entsprechenden Aminoacyl-tRNA Synthetase Enzymen des Nichtproduzenten fehlerkannt werden und dadurch falsch verknüpfte tRNAs - die erste Vorstufe der Proteinbiosynthese -entstehen. Im Vergleich zum Produzenten, der einen Selbstschutzmechanismus aufweist, führt es beim Nichtproduzenten, z.B. im Form eines Samenfressers zur Herstellung von nicht funktionsfähigen Proteinen. Der (die) molekularen Unterschied(e) zwischen den Aktivenzentren der jeweiligen Enzymen sowie die Diskriminierungsmechanismen ist (sind) unbekannt. Das Ziel des Projekts ist die Frage zu beantworten, wie das Enzym einer Pflanze die Canavanin produziert, ein toxisches Analogon von Arginin, zwischen den beiden Aminosäuren diskriminiert, im Vergleich zu einem Nichtproduzent, und zu einem Insekt, welches sich auf den Verzehr von Canavanin spezialisiert hat.

• DFG Programme: Research Grants