Carbon monoxide forming dioxygenases: Non-copper quercetinases from Streptomyces sp. and Actinoplanes missouriensis

• Applicant: Professorin Dr. Susanne Fetzner
• Subject Area: Metabolism, Biochemistry and Genetics of Microorganisms
• Term: from 2004 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5437783

Der mikrobielle Abbau des Flavonols Quercetin beginnt mit einer 2,4-dioxygenolytischen Spaltung des O-heterozyklischen Ring durch eine Kohlenmonoxid bildende Quercetinase. Im Gegensatz zu den bekannten Cu2+-Quercetinasen aus Aspergillus spp. sind die Enzyme aus Streptomyces sp. und Actinoplanes missouriensis nicht Cu-haltig. Diese neuen bakteriellen Quercetinasen sollen charakterisiert und mit anderen CO bildenden Dioxygenasen verglichen werden (Cu2+-Quercetinasen, Eisen-haltige Quercetinase von Bacillus subtilis, cofaktorfreie 1H-3-Hydroxy-(2-methyl-)4-oxochinolin-2,4-dioxygenasen; Ni2+-Acireducton-Dioxygenase). Die cofaktorfreien 2,4-Dioxygenasen ähneln Enzymen mit a/bHydrolase-Faltung, während die bisher bekannten Quercetinasen zur Cupin-Superfamilie gehören. Es stellen sich folgende Fragen: (1) Lassen sich die neuen bakteriellen Quercetinasen in eine dieser Superfamilien einordnen oder gehören sie zu einer anderen/eigenen Proteinfamilie? (2) Sind die Katalysemechanismen der CO bildenden Dioxygenasen vergleichbar oder gibt es unterschiedliche Wege zur Katalyse ähnlicher Reaktionen? Das Vorhaben umfasst: 1. Identifizierung, Klonierung und Sequenzierung der Gene der Quercetinasen von Streptomyces sp. und A. missouriensis. 2. Heterologe Expression der Gene und Reinigung der Proteine. 3. Charakterisierung der Cofaktoren (falls vorhanden) und biochemischer Eigenschaften. 4. Versuch der Kristallisation der Proteine. Die Untersuchungen sind von Bedeutung für das Verständnis der Evolution funktionell ähnlicher Enzyme und der Katalysemechanismen ringspaltender Dioxygenasen.

• DFG Programme: Research Grants