Strukturelle Untersuchungen zur Funktion der Acetyl-CoA-Synthetase 1 aus Candidatus Korarchaeum cryptofilum und Charakterisierung der Struktur der Toll/Interleukin-1-Rezeptor-homologen Domäne aus Hydra magnipapillata TRR-2

Weiße, Renato Horst-Joachim

Nukleosiddiphosphat-bildende Acetyl-Coenzym A-Synthetasen (ACDs) sind Vertreter der Superfamilie der Nukleosiddiphosphat-bildenden Acyl-Coenzym A-Synthetasen und sind maßgeblich an der Energiegewinnung bei der Peptid- und Zuckerfermentation in Acetat-bildenden Archaeen beteiligt. In dieser Arbeit wurde die Struktur der Candidatus Korarchaeum cryptofilum Acetyl-Coenzym A-Synthetase Isoform 1 (ckcACD1) mittels Einkristallstrukturanalyse geklärt. Anhand einer Komplexstruktur mit Acetyl-Coenzym A konnte die potentielle Bindetasche von Coenzym A-Thioestern identiziert werden. Bindungsstudien mit verschiedenen Nukleotidsubstraten und -substratanaloga zeigten weiterhin, dass der Abstand zwischen den Bindestellen der Liganden mit etwa 57 Å außergewöhnlich groß ist. Für den erforderlichen Transport der aktivierten Phosphatgruppe zwischen den verschiedenen Untereinheiten gelegenen Reaktionszentren wird eine Umlagerung innerhalb des Proteins benötigt. In der Arbeit konnten erste experimentelle Beweise für die bislang postulierte Umlagerung erhalten werden. Anhand der beobachteten Geometrie dieser Wechselwirkung kann zudem der zusätzliche Reaktionsschritt bei den ACDs erklärt werden. Proteine mit Toll/Interleukin-1-Rezeptor-homologen Domänen (TIR-Domänen) sind wesentlich an der Weiterleitung des Immunsignals beteiligt, wobei die TIR-Domäne selbst die Plattform intermolekularer Wechselwirkung darstellt. Der Frischwasserpolyp Hydra ist ein Modellorganismus der Evolution des Immunsystems. Hydra besitzt die kleinsten bekannten TIR-Domänen. Kenntnis des strukturellen Aufbaus könnte daher Hinweise auf konservierte Interaktionsmuster liefern. Die TIR-Domäne des Toll-Rezeptor-Verwandten 2 aus Hydra magnipapillata wurde im Rahmen dieser Arbeit kristallisiert und deren Struktur ermittelt.

Nucleoside diphosphate-forming acetyl coenzyme A synthetases (ACDs) belong to the superfamily of nucleoside diphosphate-forming acyl-coenzym A synthetases and are significantly involved in the energy production during peptide and sugar fermentation in acetate-forming archaea. In this work the structure of Candidatus Korarchaeum cryptofilum acetyl-CoenzymA synthetase isoform 1 (ckcACD1) was determined using X-ray crystallography. Based on the complex structure with acetyl-coenzyme A the potential binding pocket of coenzyme A thioesters could be identified. Binding studies of nucleotide substrates and substrate analoga show that the distance between the ligand binding sites is with 57 Å extraordinary large. The transport of the activated phosphate group between the reaction sites situated on different subunits requires rearrangements within the enzyme. In this work first experimental evidence for this so far postulated rearrangement was gathered. Based on the geometry of this interaction, the additional reaction step facilitated by ACDs could be explained. Proteins with Toll/Interleukin-1-receptor homologous domains (TIR domains) are pivotalfor transduction of the immune signal, the TIR domain providing the platformfor intermolecular interactions. The fresh water polyp Hydra is a model organismn for the evolution of the immune system. Hydra contains the smallest known TIR domains and knowlegde of structural arrangement might provide clues about conserved interaction modes. Hence, the TIR domain of Toll-receptor-related 2 was crystallised and its structure was determined.

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