FOR 1220:  Prosthetic groups: transport and insertion - PROTRAIN

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Chemie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 100799727

Mehr als ein Drittel aller Proteine enthält prosthetische Gruppen, Metalle und Cofaktoren. Diese Gruppen sind essenziell für die Katalyse, da sie Teil des katalytischen Zentrums der Enzyme sind oder am Elektronentransport teilnehmen. Prosthetische Gruppen nehmen eine Schlüsselstellung ein für viele biologische Reaktionen, z.B. Photosynthese, Energiestoffwechsel, Sauerstofftransport, Anabolismus und Katabolismus, Redoxreaktionen, Signalling etc. Während man die Biosynthese vieler prosthetischer Gruppen gut versteht, ist es größtenteils unbekannt, wie prosthetische Gruppen zu ihren zellulären Zielen gelangen, ob sie nach der Biosynthese gelagert werden und wie sie schließlich den Weg zu ihren Zielproteinen finden. Komplexe Mechanismen müssen Verteilung, Transport und Insertion kontrollieren, da die meisten prosthetischen Gruppen sehr fragil und sauerstoffempfindlich sind.
Es muss daher eine Plethora von Transportern, Chelatoren, Metallcofaktoren, Faltungs-Chaperonen, Metall-Chaperonen, Carrierproteinen, Sammelproteinen und Insertasen geben. Das fein abgestimmte Zusammenspiel dieser Komponenten garantiert den sicheren Transport selbst durch Membranen sowie den Schutz und die Insertion der prosthetischen Gruppen in ihre Zielproteine. Diese komplexe Maschinerie ist völlig unerforscht, und es ist anzunehmen, dass ihre Komplexität der des Protein-Transportes in nichts nachsteht.
Auf der Grundlage unserer langjährigen Erfahrungen bei der Erforschung von Biosynthese und Funktion prosthetischer Gruppen konzentrieren wir uns in Braunschweig auf sieben Projekte zur Erforschung der molekularen Strategien für den Transport und die Insertion von Molybdäncofaktoren (Moco) und Häm-Gruppen in Enzyme. Ein breites Methodenspektrum wird eingesetzt, es reicht von genetischen über biochemische und Strukturansätze bis zu chemischen Synthesen und Bioinformatik-Ansätzen. Hauptziel der Forschergruppe ist es, folgende Fragen zu beantworten: (1) Was passiert mit den prosthetischen Gruppen Häm und Moco nach ihrer Biosynthese und (2) wie verläuft der Insertionsprozess dieser Gruppen in ihre Zielproteine? Wir erforschen die Einzelschritte dieser Prozesse, um ihre biochemischen, biophysikalischen und zellbiologischen Aspekte mechanistisch verstehen zu können. Wir streben nach der Ableitung grundsätzlicher Prinzipien, die es erlauben, derartige Prozesse auf dem molekularen Niveau sowohl in Bakterien als auch in Eukaryoten vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Antibody Facility: Generation and characterization of monoclonal antibodies directed against protein motifs involved in binding prosthetic groups (Antragstellerin Jockusch, Brigitte M. )
• Atomic structures and reaction mechanisms of proteins involved in transfer and insertion of molybdenum cofactor and heme (Antragsteller Heinz, Dirk )
• Central Coordination Project (Antragsteller Mendel, Ralf R. )
• (i) Identification of single-molecule protein complexes involved in cellular transport of prosthetic groups (Moco and heme) (ii) Generation of monoclonal antibodies directed against protein motifs involved in binding prosthetic groups (Antragsteller Tinnefeld, Philip )
• Incorporation of the prosthetic heme group into cytoplasmatic and membrane proteins (Antragsteller Jahn, Dieter )
• Insertion of tetrapyrrole cofactors into cytochrome cd1 nitrite reductase (Antragstellerin Layer, Gunhild Monika )
• Local chemical probes for the investigation of heme transfer processes (Antragsteller Bröring, Martin )
• Mechanism of insertion of prosthetic groups into complex molybdo-enzymes (molybdo-iron-flavo enzymes) (Antragsteller Schwarz, Günter )
• Photoaffinity labeling of heme proteins with chemically modified prosthetic groups (Antragsteller Lindel, Thomas )
• The mechanism of molybdenum cofactor-insertion into apo-enzymes of the sulfite oxidase-class (Antragsteller Mendel, Ralf R. )
• The molybdo-proteome of N. crassa mitochondria (Antragsteller Jänsch, Lothar )

• Sprecher: Professor Dr. Ralf R. Mendel