Struktur-Funktionsanalysen von Enzymen der Xanthin-Oxidase Familie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Silke Leimkühler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5398045

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Xanthin-Oxidoreduktase (XOR) und Aldehyd-Oxidase (AO) gehören zur Xanthin-Oxidase Familie und sind komplexe Metallo-Flavoproteine, die zwei [2Fe2S] Cluster, FAD und den Molybdän- Kofaktor (Moco) als katalytisch aktive Einheiten enthalten. AO und XOR zeichnen sich durch hohe strukturelle Homologien aus, unterscheiden sich jedoch in ihren Substratspezifitäten. Wir haben die Rhodobacter capsulatus Xanthin-Dehydrogenase (XDH) eingehend strukturell und physikochemisch charakterisiert. Bisher unbekannt war die Rolle des XdhC Proteins für die Synthese einer aktiven XDH, welches selbst keine Untereinheit des aktiven Proteins ist. Unsere Studien haben gezeigt, dass XdhC mit XDH interagiert, Moco in stoichiometrischen Mengen bindet, und die sulfurierte Form des Moco vor Oxidation schützt. R. capsulatus XdhC ist bisher das am Besten untersuchte Moco-bindende und modifizierende molekulare Chaperon. Als Moco sulfurierendes Protein wurde eine spezifische L-Cystein Desulfurase identifiziert. Zusätzlich zur bakteriellen XDH haben wir die Aldehyd-Oxidase AOX1 aus der Maus genauer charakterisiert. Wir konnten ein System zur heterologen Expression von mAOX1 in aktiver Form in Escherichia coli etablieren. Wir haben die mAOX1 kinetisch charakterisiert und das aktive Zentrum durch Aminosäureaustausche mittels gerichteter Mutagenese genauer untersucht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2006). Rhodobacter capsulatus XdhC is involved in molybdenum cofactor binding and insertion into xanthine dehydrogenase. J. Biol. Chem. 281: 15701-15708
  Neumann, M., Schulte M., Jünemann, N., Stöcklein, W., and Leimkühler, S.
  
• (2007). Identification of a specific Rhodobacter capsulatus L-cysteine desulfurase that sulfurates the molybdenum cofactor bound to XdhC before its insertion into xanthine dehydrogenase. Biochemistry 46: 9586-9595
  Neumann, M., Stöcklein, W., Walburger, A., Magalon, A., and Leimkühler, S.
  
• (2007). The role of Arginine 310 in Catalysis and Substrate Specificity in Xanthine Dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus. J. Biol. Chem. 282: 12785-90
  Pauff, J., Hemann, C.F., Jünemann, N., Leimkühler, S., and Hille, R.
  
• (2007). Transfer of the molybdenum cofactor synthesized by Rhodobacter capsulatus MoeA to XdhC and MobA. J. Biol. Chem. 282: 28493-500
  Neumann, M., Stöcklein, W., and Leimkühler, S.
  
• (2008). Heavy metal ions inhibit molybdoenzyme activity by binding to the dithiolene moiety of molybdopterin in Escherichia coli. FEBS J. 275: 5678- 89
  Neumann, M. and Leimkühler S.
  
• (2008). The Mechanism of Assembly and Cofactor Insertion into Rhodobacter capsulatus Xanthine Dehydrogenase. J. Biol. Chem. 283:16602-11
  Schumann, S., Saggu, M., Möller, N., Anker, S.D., Lendzian, F., Hildebrandt, P., and Leimkühler, S.
  
• (2009). A periplasmic aldehyde oxidoreductase represents the first molybdopterin cytosine dinucleotide cofactor containing molybdo-flavoenzyme from Escherichia coli. FEBS J. 276:2762-74
  Neumann M, Mittelstädt G, Iobbi-Nivol C, Saggu M, Lendzian F, Hildebrandt P, Leimkühler S
  
• (2009). Mechanism of substrate and inhibitor binding of Rhodobacter capsulatus xanthine dehydrogenase. J. Biol. Chem. 284:8768-76
  Dietzel, U., Kuper, J., Doebbler, J.A., Schulte, A., Truglio, J.J., Leimkuhler, S., and Kisker, C.
  
• (2009). MocA is a specific cytidylyltransferase involved in molybdopterin cytosine dinucleotide biosynthesis in Escherichia coli. J Biol Chem. 284:21891-8
  Neumann M, Mittelstädt G, Seduk F, Iobbi-Nivol C, Leimkühler S
  
• (2009). Site directed mutagenesis of amino acid residues at the active site of mouse aldehyde oxidase AOX1. PLoS One. 4:e5348
  Schumann S, Terao M, Garattini E, Saggu M, Lendzian F, Hildebrandt P, Leimkühler S
  
• (2009). Specific interactions between four molybdenum-binding proteins contribute to Modependent gene regulation in Rhodobacter capsulatus. J Bacteriol. 191:5205-15
  Wiethaus J, Müller A, Neumann M, Neumann S, Leimkühler S, Narberhaus F, Masepohl B
  
• (2011). The role of system-specific molecular chaperones in the maturation of molybdoenzymes in bacteria. Biochem Res Int. 2011:850924
  Neumann M, Leimkühler S