Westfälische Wilhelms-Universität
Münster
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Institut für Zoophysiologie Hindenburgplatz 55 48143 Münster Direktor: Prof. Dr. Rüdiger J. Paul |
Tel. (0251) 83-2 38 51
Fax: (0251) 83-2 38 76 e-mail: paulr@uni-muenster.de www: http://www.uni-muenster.de/bologie/zoophysiologie |
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Forschungsschwerpunkte 2001 - 2002 Fachbereich 13 - Biologie
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Struktur und Funktion der Metzinkine am Beispiel des prototypischen Astacins
Im Arbeitsbereich
Molekulare Physiologie werden Enzyme der Astacin-Familie von Zink-Peptidasen untersucht, die nach ihrem
Prototyp, der Kollagen-spaltenden Verdauungsprotease Astacin aus dem Flußkrebs Astacus
astacus L. benannt ist. Neben Verdauungsenzymen umfaßt die Astacin-Familie
extrazelluläre Proteasen und Zelloberflächen-Proteasen, die durch limitierte Proteolyse die
Assemblierung der extrazellulären Matrix und die Wechselwirkungen zwischen Zellen und der Matrix
regulieren. Beispiele sind die membrangebundenen Meprine der Bürstensaummembranen von
Dünndarm und Niere und die Prokollagen C-Proteinase (BMP1, i.e. bone morphogenetic protein), die
für den korrekten Aufbau von Kollagenfasern essentiell ist und daher ein therapeutisches Ziel bei der
Behandlung fibrotischer Erkrankungen darstellt. Aus Strukturuntersuchungen am Astacin, an
Matrix-Metalloproteinasen, Schlangengift-Proteasen und der bakteriellen Serralysine entwickelten wir das
Konzept einer Superfamilie von Zink-Peptidasen, der Metzinkine.
Die molekularen Grundlagen der funktionellen Diversifikation dieser Proteinfamilie, die grundlegende
Prozesse der Embryonalentwicklung und Gewebedifferenzierung katalysiert, sind noch weitgehend
unerforscht. Wir wollen verstehen wie Astacin-ähnliche Proteasen in biologischen Systemen
funktionieren. Zu diesem Zweck benutzen wir heterologe Systeme zur Überexpression dieser Proteine in
ihrer ursprünglichen Form oder als mutierte Enzyme in Bakterien, in Hefe, in Insektenzellen und in
Säugerzellinien. Wir wenden Absorptionsphotometrie, Fluoreszenzphotometrie, Stopped-Flow-Kinetik,
Plasmon-Resonanz und molekulares Modellieren an, um die Wechselwirkung der Enzyme mit Substraten,
Inhibitoren und anderen Matrixproteinen zu analysieren. Außerdem werden die rekombinanten Proteine
für die Strukturanalyse kristallisiert.
Am Beispiel der prototypischen Zink-Peptidase Astacin erforschen wir die funktionellen Grundlagen
der Astacine und Metzinkine durch zielgerichtete Mutagenese, Kristallstrukturanalyse von Mutanten und durch
enzymkinetische Methoden. Astacine enthalten typischerweise ein katalytisches Modul von etwa 200
Aminosäureresten, dem eine Signalsequenz und eine Pro-Sequenz vorausgehen und dem oft
regulatorische Domänen angehängt sind. Dies bedeutet, daß es sich hier um sezernierte
Proteine handelt, die proteolytisch prozessiert werden müssen, um ihre aktive Konformation zu erhalten.
Wir haben die inaktive Vorstufe des Astacins, das Proastacin, aus dem Flußkrebs isoliert und gleichzeitig
als rekombinantes Protein in Bakterien exprimiert, um den Aktivierungsmechanismus aufzuklären.
Das Projekt wurde im Berichtszeitraum
von der DFG im Normalverfahren gefördert.
Beteiligte Wissenschaftler: |
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