Atropselektive Synthese von Gossypol durch Dirigentproteine der Baumwolle

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Schaller
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273702275

Oxidative Phenolkupplungen verlaufen in vitro meist ohne regio- und stereospezifische Kontrolle. Wenn mehrere potentielle Kupplungspositionen vorhanden sind treten daher verschiedene Produkte auf, die als Racemate gebildet werden sofern dabei chirale Zentren entstehen. Die Biosynthese biologisch aktiver Naturstoffe erfordert dagegen strikte stereochemische Kontrolle. Die Entdeckung von Dirgentproteinen, die im ersten Schritt der Lignanbiosynthese die regio- und enantioselektive Kupplung zweier Coniferylalkoholradikale zu (+)- bzw. (-)-Pinosresinol vermitteln, führte zu der Vorstellung, dass Dirigentproteinen eine generelle Rolle in der stereochemischen Kontrolle des pflanzlichen Sekudärstoffwechsels zukommen könnte. Diese Hypothese bleibt aber umstritten, nicht zuletzt weil bisher keine weiteren Substrate oder Kupplungsprodukte für Dirigentproteine nachgewiesen werden konnten. Diese Lücke soll hier geschlossen werden, durch die Identifizierung neuer Dirigentproteine, die in Baumwollpflanzen an der Biosynthese von Gossypol beteiligt sind. Gossypol wird durch die oxidative Dimerisierung von Hemigossypol gebildet, wobei das Kupplungsprodukt auf Grund der erschwerten Rotation um die zentrale Binaphthylbindung Achsenchiralität aufweist. In verschieden Arten der Baumwolle liegen die beiden Atropisomere (+)- und (-)-Gossypol in unterschiedlichem enantiomeren Überschuss vor, was auf die Existenz enantiokomplementärer Dirigentproteine für die atropselektive Gossypolsynthese hindeutet. Diese Dirigentproteine sollen kloniert, in heterologen Systemen exprimiert, gereinigt, charakterisiert und hinsichtlich der Synthese von (+)- bzw. (-)-Gossypol optimiert werden. Es wird eine Röntgenstruktur-analyse durchgeführt, um die der Substratspezifität und Enantioselektivität zu Grunde liegenden Mechanismen auf molekularer Ebene zu verstehen. Weiterhin sollen verschiedene Regionen der enantiokomplementären Baumwollproteine reziprok ausgetauscht werden, um ihren Beitrag zur stereochemischen Kontrolle zu untersuchen und gleichzeitig einen ersten Schritt zur Entwicklung von Designer-Dirigent Proteinen mit veränderter Selektivität und erweiterter Substratspezifität zu leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Eckhard Hofmann