Strukturelle und kinetische Charakterisierung der Nicotinsäuremononukleotid-Adenylyltransferase des Malariaparasiten Plasmodium falciparum

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Die Nicotinsäuremononukleotid-Adenylyltransferase (NaMNAT) ist ein Enzym mit einer für die NAD-Synthese essentiellen Funktion. In Erythrocyten, welche mit Malaria infiziert sind, wurden erhöhte NAD-Konzentrationen festgestellt. Daher sollte die NaMNAT von Plasmodium falciparum (PfNaMNAT) im Rahmen dieser Arbeit näher charakterisiert werden. Das Fundament dieser Arbeit stellen die beiden neuen Kristallstrukturen der PfNaMNAT dar, die jeweils mit 2,2 Å aufgelöst sind. Die Lösung der Struktur erfolgte über molekularen Ersatz mittels eines Homologiemodells der PfNamnat. Bei den Strukturen handelt es sich um Cokristallisationen, einmal mit dem ATP-Analogon APC, einmal mit dem Produkt Nicotinsäureadenindinukleotid (NaAD). Beide Strukturen ermöglichen es, sämtliche relevanten Interaktionen zwischen den beiden Substraten ATP und Nicotinsäuremononukleotid (NaMN) mit dem Enzym aufzuklären. Hierauf aufbauend kann gefolgert werden, dass es sich bei dem Reaktionsmechanismus um eine zufällige sequenzielle Bi-Bi-Reaktion handelt. Auch wenn die Sequenz der PfNaMNAT vergleichsweise stark von orthologen Enzymen abweicht, so zeigt die Struktur doch einen hohen Konservierungsgrad. Dies gilt insbesondere für das aktive Zentrum, mit einem konservierten Arginin und Tryptophan. Ausgehend von den homologen Strukturen einiger Bakterien kann darauf geschlossen werden, dass die PfNaMNAT durch die Substratbindung von einer offenen in eine geschlossene Konformation überwechselt (induced fit). Im Weiteren wurden mehrere funktionell relevante Cysteine identifiziert. Cys41 sowie Cys43 wurden anhand von Mutanten kinetisch charakterisiert. Bei Cys43 und Cys114 kann auf eine regulative Funktion geschlossen werden, für Cys41 ist eine katalytische Funktion belegt. In einer kinetischen Charakterisierung wurde zudem gezeigt, dass die PfNaMNAT NaMN gegenüber von Nicotinamidmononukleotid (NMN) moderat präferiert. Die bislang vermutete Anionenbindetasche für die Carboxylgruppe scheint dagegen nicht haltbar. Von O´Hara et al. wurde der Preiss-Handler-Weg als Quelle für die NAD-Synthese in P. falciparum postuliert. Anhand der hier gewonnenen Erkenntnisse scheint die Nutzung von NMN eine Alternative zu diesem Stoffwechselwege zu ermöglichen.Ein weiteres potentielles Wirkstoffziel stellt die Glutationreduktase von Plasmodium dar (PfGR). Im Rahmen eines in silico screening war das Molekül MPDI 21618 als Inhibitor der PfGR identifiziert worden. Daher wurde hier der Versuch unternommen den Wirkmechanismus über eine Cokristallisation von PfGR und MPDI 21618 aufzuklären.Darüber hinaus wurde erstmals ein für die Strukturaufklärung hinreichend streuungsfähiger Kristall von Plasmoredoxin (Plrx) erhalten. Auf dem Weg zur Bestimmung der Phaseninformation konnten hierbei erste Homologiemodelle erstellt werden, so dass es in Zukunft möglich sein wird, auch die Struktur dieses Proteins aufzuklären.

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