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 Gruppe Dr. Kruse, Tobias

Kruse

  Arbeitsgruppenleiter
   
Raum: 085, Biozentrum
Tel.: +49 531 391 - 5873
Fax: +49 531 391 - 8208
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Alle Moco abhängigen Enzyme binden Moco tief im Inneren ihrer Molekülstruktur:  Wie gelangt Moco in das Innere seiner Zielenzyme?

Der Molybdäncofactor (Moco) besteht aus einem Pterin-Gerüst, welches ein einzelnes Molybdän-Atom ligiert. Hierdurch erlangt Molybdän biologische Aktivität und kommt so im aktiven Zentrum von Moco-abhängigen Enzymen (Mo-Enzymen) vor. Moco wird durch einen konservierten Biosyntheseweg gebildet, an dem viele unterschiedliche Enzyme und Reaktionstypen beteiligt sind.

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Einige dieser Reaktionstypen kommen so oder in einer abgewandelten Form auch in anderen Stoffwechselwegen vor.

Die funktionelle Charakterisierung der Moco Biosynthese hat zum Beispiel die Querverbindung zur Aktivierungsreaktion bei der Ubiquitinierung von Proteinen (Lake et al., 2001) aufgedeckt.

Neben der Moco-Biosynthese sind mehr als 50 unterschiedliche Mo-Enzyme bekannt, die zahlreiche lebenswichtige Reaktionen katalysieren. Strukturbiologische Arbeiten identifizierten eine einzige Gemeinsamkeit zwischen diesen so verschiedenen Enzymen: Alle Mo-Enzyme binden Moco tief im Inneren ihrer Molekülstruktur. Derart verborgen wird sein Kontakt mit dem Zellmilieu minimiert. Diese Eigenschaft der Moco Bindung läßt sich auf seine immense Sensitivität gegenüber oxidativer Schädigung zurückführen, die am besten durch eine stabilisierende Proteinumgebung verhindert wird.

 
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Das Moco-Carrier Protein (MCP) aus der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii bindet Moco mit hoher Affinität (Fischer et al., 2006), hat allerdings keinerlei enzymatische Funktion. Da MCP auch in der Lage ist, Moco an Zielenzyme wieder abzugeben, ist dieses Protein möglicherweise die zentrale Komponente des zellulären Moco Pools der Grünalge Chlamydomonas.

Allerdings wurde ein solches putatives Moco Speicher Protein bisher nur bei Chlamydomonas identifiziert – ob auch höhere Eukaryoten derartige Proteine aufweisen ist bislang nicht bekannt.

Auch Moco Intermediate sind äußerst anfällig für oxidative Schädigungen - dementsprechend sind Moco und alle seine Intermediate während der Synthese auch permanent proteingebunden. Diese Eigenschaften machen eine ungerichtete Diffusion und zufällige Aufnahme von Moco durch die Nutzerenzyme äußerst unwahrscheinlich.

 

Unsere Forschungsarbeit widmet sich daher schwerpunktmäßig der Aufklärung der Prozesse, die unmittelbar nach der Moco-Synthese stattfinden:

    (i) Moco Transfer

      und

    (ii) Moco Inkorporierung in die Moco-abhängigen Enzyme.

Da die Aufklärung dieser grundlegenden Prozesse eine äußerst komplexe Fragestellung darstellt, bearbeiten wir diese Thematik im Verbund mit anderen Forschungsgruppen der Universität und des Helmholtz-Zentrums Braunschweig. 

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Die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft  finanzierte Forschergruppe PROTRAIN („Prosthetic Groups: Transport and Insertion“) wurde eigens zur Beantwortung dieser und einer nahe verwandten Fragestellung gegründet: Auch für Häm ist unbekannt, wie dieses in seine Zielenzyme gelangt. Beide biologisch höchst relevanten Verbindungen (Moco und Häm) sind in dem Logo der Forschergruppe schematisiert dargestellt. In PROTRAIN arbeiten 9 Professuren der TU und des HZI zusammen.

Die Kooperation mit den Gruppen innerhalb von PROTRAIN ermöglicht es, die zugrundeliegende Fragestellung mit unterschiedlichsten Techniken zielorientiert zu bearbeiten (Transcriptomics, Proteomics, Strukturbiologie, etc.).
 

„Komplexe Fragestellungen erfordern einfache Modelle“

Aus diesem Grund verwenden wir den einfachen eukaryotischen Modellorganismus Neurospora crassa (N. crassa) für die grundlegende Bearbeitung unserer Fragestellung. Wir untersuchen hier, wie Moco in zwei seiner Zielenzyme (Nitratreduktase, Sulfitoxidase) gelangt. Dabei konnten wir bereits die Moco Insertion in die N. crassa Nitratreduktase in Grundzügen beschreiben (Ringel et al., 2013).

Zudem charakterisieren wir den N. crassa Moco Donor, die Moco Synthase Nit-9, was unser Bild der Moco Biosynthese bzw. des angeschlossenes Moco Transfers auf die Nutzer-Enzyme komplettiert. Die erhaltenen Informationen aus diesen Projekten werden fortlaufend in den zellulären Kontext gesetzt, indem mit Transcriptomics- und Proteomics-Techniken Interaktionspartner und Wechselwirkungen zu bisher unbekannten zellulären Prozessen identifiziert werden.

 

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