Forschen

Funktionelle Zuordnung von uncharakterisierten Enzymen

Die Sequenzierung zahlreicher bakterieller Genome hat zur Identifizierung einer großen Anzahl unbekannter Gene geführt. Die funktionelle Zuordnung der von diesen Genen kodierten Proteine ist eine von Natur aus schwierige, aber wichtige Aufgabe für die Molekularbiologie. Wir konzentrieren uns auf neuartige Enzyme, die evolutionär mit gut untersuchten Modellenzymen verwandt sind. Mit einer Kombination aus Computerbiologie, Biochemie und Genetik wollen wir Einblicke in die Evolution neuartiger enzymatischer Aktivitäten gewinnen und bisher unbekannte Biosynthesewege aufdecken.

Derzeit arbeiten wir an RNA-bindenden Enzymen und der Familie der PcrB-Proteine. RNA-bindende Enzyme binden neben ihrem “Hauptjob” als Enzym, also einer katalytischen Aktivität, als “Nebentätigkeit” an RNAs. Damit können sie andere Prozesse in der Zelle regulieren, oder können umgekehrt von der bindenden RNA reguliert werden. Solche Prozesse sind in Eukaryoten schon relativ gut untersucht, aber in Prokaryoten weitgehend unbekannt. Wir haben uns deshalb zum Ziel gesetzt, die Häufigkeit derartiger Wechselwirkungen in Bakterien zu untersuchen, und einzelne Fallbeispiele genauer zu charakterisieren.

PcrB ist ein Schlüsselenzym in einem neuen Biosyntheseweg, der acetylierte Etherlipide in Bakterien produziert. Etherlipide werden seit langem als einzigartiges Merkmal von Archaea angesehen, da ihre Membranphospholipide aus sn-Glycerin-1-phosphat (G1P) mit zwei etherverknüpften Isoprenoiden aufgebaut sind. Im Gegensatz dazu basieren bakterielle (und eukaryotische) Phospholipide auf sn-Glycerin-3-phosphat (G3P), das mit zwei Fettsäuren verestert ist. Ein Schlüsselschritt in der Synthese archaeischer Etherlipide ist die stereospezifische Übertragung des Polyprenylteils von Geranylgeranyldiphosphat (GGPP, 20 C-Atome) auf G1P, katalysiert durch Geranylgeranylglycerylphosphat-Synthase (GGGPS). Wir konnten zeigen, dass PcrB, ein Ortholog von GGGPS, das in Bakterien vorkommt, ebenfalls Etherlipide synthetisiert, aber eine Heptaprenylglycerylphosphat-Synthase (35 C-Atome) ist. PcrB und GGGPS teilen die häufig anzutreffende (βα)8-Fass-Faltung. Derzeit untersuchen wir die Variabilität innerhalb der PcrB/GGGPS-Enzymfamilie im Hinblick auf Strukturmerkmale, katalytische Aktivität und Substratspezifität. Außerdem untersuchen wir, wie bakterielle Etherlipide durch Acetylierung weiterverarbeitet werden und welche biologische Bedeutung sie haben.