Biochemie von HemQ
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Abstract
Vor kurzem wurde in Gram-positiven Bakterien ein neuer Syntheseweg für die Herstellung der prosthetische Gruppe Häm b entdeckt. Das Enzym HemQ spielt darin eine zentrale Rolle, jedoch ist derzeit fast keine Information über seine konkrete katalytische Aktivität und den Mechanismus der chemischen Umwandlung bekannt. In diesem Projekt sollen daher erstmalig die Struktur-Funktionsbeziehungen von HemQ mit Hilfe eines breiten Spektrums an biochemischen und biophysikalischen Methoden untersucht werden. Aufgrund der Tatsache, dass eine große Anzahl von Gram-positiven Bakterien wichtige Krankheitserreger sind und für die Pathogenizität dieser Erreger Hämenzyme essentiell sind, ist HemQ ein attraktives Ziel für eine neue Generation von Antibiotika. Die Grundlage dafür ist aber die exakte Kenntnis der Struktur-Funktionsbeziehungen von HemQ. Im Rahmen dieses Projektes werden daher vier Modellenzyme aus unterschiedlichen Zweigen dieser Proteinfamilie vergleichend untersucht. Dazu gehören HemQs aus gefährlichen und weit verbreiteten Krankheitskeimen wie Listeria monocytogenes und Staphylococcus aureus (Firmicutes), HemQ aus dem Actinobacterium Corynebacterium diphteriae, und schließlich HemQ aus dem Archaeum Sulfulobus sulfataricus. Diese vier Proteine werden rekombinant in E. coli in ihrer Apoform (unbeladen) und Holoform (beladen mit Coprohäm bzw. Substratanaloga) hergestellt und durch eine breite Palette an zeitaufgelösten spektroskopischen Methoden analysiert. Zudem soll die Struktur dieser Enzyme in atomarer Auflösung durch Röntgenkristallographie, die Kinetik der Umwandlung von Coprohäm in Häm b und die zugrunde liegende Redoxchemie analysiert werden. Die experimentellen Untersuchungen werden in silico mittels moleculardynamischen Simulationen begleitet werden. Schließlich werden basierend auf diesen Daten durch Mutagenese Einzel- und Doppelmutanten dieser vier Modellenzyme hergestellt werden, um ein umfassendes Bild über die Rolle des Proteins in der Bindung und Umwandlung des Substrats und schließlich in der Freisetzung von Häm b zu erhalten. Für künftige Studien über das rationale Design von Inhibitoren von HemQ, d.h. die Entwicklung neuer Antibiotika, wird diese Grundlagenforschung die Basis liefern.
Publikationen
Coproheme and HemQ
Autoren: Hofbauer, S., Scheiblbrandner, S., Schaffner, I., Djinović-Carugo, K., Battistuzzi, G., Furtmüller, P. G., Obinger, C. Jahr: 2016
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Hydrogen peroxide-mediated conversion of coproheme to heme b by HemQ-lessons from the first crystal structure and kinetic studies.
Autoren: Hofbauer, S; Mlynek, G; Milazzo, L; Pühringer, D; Maresch, D; Schaffner, I; Furtmüller, PG; Smulevich, G; Djinović-Carugo, K; Obinger, C; Jahr: 2016
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Mechanistic Studies on Coproheme Decarboxylase
Autoren: Hofbauer, S; Milazzo, L; Mlynek, G; Gabler, T; Howes, BD; Pfanzagl, V; Djinović-Carugo, K; Furtmüller, PG; Smulevich, G; Obinger, C Jahr: 2018
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Actinobacterial Coproheme Decarboxylases Use Histidine as a Distal Base to Promote Compound I Formation.
Autoren: Michlits, H; Lier, B; Pfanzagl, V; Djinović-Carugo, K; Furtmüller, PG; Oostenbrink, C; Obinger, C; Hofbauer, S; Jahr: 2020
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
The hydrogen bonding network of coproheme in coproheme decarboxylase from Listeria monocytogenes: Effect on structure and catalysis.
Autoren: Milazzo, L; Gabler, T; Pfanzagl, V; Michlits, H; Furtmüller, PG; Obinger, C; Hofbauer, S; Smulevich, G; Jahr: 2019
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Resonance Raman to understand the heme cavity impact on the structure and function of coproheme decarboxylase (ChdC) from Listeria monocytogenes
Autoren: Milazzo, L; Hofbauer, S; Gabler, T; Furtmüller, PG; Obinger, C; Smulevich, G Jahr: 2019
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Crystal structures and calorimetry reveal catalytically relevant binding mode of coproporphyrin and coproheme in coproporphyrin ferrochelatase.
Autoren: Hofbauer, S; Helm, J; Obinger, C; Djinović-Carugo, K; Furtmüller, PG; Jahr: 2020
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Structure and heme-binding properties of HemQ (chlorite dismutase-like protein) from Listeria monocytogenes.
Autoren: Hofbauer, S; Hagmüller, A; Schaffner, I; Mlynek, G; Krutzler, M; Stadlmayr, G; Pirker, KF; Obinger, C; Daims, H; Djinović-Carugo, K; Furtmüller, PG; Jahr: 2015
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Initial Steps to Engineer Coproheme Decarboxylase to Obtain Stereospecific Monovinyl, Monopropionyl Deuterohemes.
Autoren: Michlits, H; Valente, N; Mlynek, G; Hofbauer, S; Jahr: 2021
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
From chlorite dismutase towards HemQ - the role of the proximal H-bonding network in haeme binding.
Autoren: Hofbauer, S; Howes, BD; Flego, N; Pirker, KF; Schaffner, I; Mlynek, G; Djinović-Carugo, K; Furtmüller, PG; Smulevich, G; Obinger, C; Jahr: 2016
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
X-ray induced reduction of heme metal centers is protein-independent
Autoren: Pfanzagl, V; Beale, JH; Michlits, H; Schmidt, D; Gabler, T; Obinger, C; Djinovic-Carugo, K; Hofbauer, S; Jahr: 2022
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Reaction intermediate rotation during the decarboxylation of coproheme to heme b in C. diphtheriae.
Autoren: Sebastiani, F; Michlits, H; Lier, B; Becucci, M; Furtmüller, PG; Oostenbrink, C; Obinger, C; Hofbauer, S; Smulevich, G; Jahr: 2021
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Coproporphyrin ferrochelatase – study of relevant residues for substrate and product binding
Autoren: Gabler, T; Pfanzagl, V; Obinger, C; Furtmüller PG; Hofbauer, S Jahr: 2021
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:An active site at work - the role of key residues in C. diphteriae coproheme decarboxylase.
Autoren: Sebastiani, F; Risorti, R; Niccoli, C; Michlits, H; Becucci, M; Hofbauer, S; Smulevich, G; Jahr: 2022
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Coproheme decarboxylases - Phylogenetic prediction versus biochemical experiments.
Autoren: Pfanzagl, V; Holcik, L; Maresch, D; Gorgone, G; Michlits, H; Furtmüller, PG; Hofbauer, S; Jahr: 2018
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Coproheme Listeria monocytogenes HemQ and selected mutants to highlight the structure function
Autoren: Milazzo, L; Hofbauer, S; Howes, BD; Obinger, C; Smulevich, G Jahr: 2018
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Coproheme decarboxylase from Listeria monocytogenes: insight into the active site structure
Autoren: Milazzo, L; Hofbauer, S; Howes, BD; Gabler, T; Furtmüller, PG; Obinger, C; Smulevich, G. Jahr: 2018
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Redox Cofactor Rotates during Its Stepwise Decarboxylation: Molecular Mechanism of Conversion of Coproheme to Heme b
Autoren: Lisa Milazzo; Thomas Gabler; Dominic Pühringer; Zuzana Jandova; Daniel Maresch; Hanna Michlits; Vera Pfanzagl; Kristina Djinović-Carugo; Chris Oostenbrink; Paul G. Furtmüller; Christian Obinger; Giulietta Smulevich; Stefan Hofbauer Jahr: 2019
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Understanding molecular enzymology of porphyrin-binding α + β barrel proteins - One fold, multiple functions.
Autoren: Hofbauer, S; Pfanzagl, V; Michlits, H; Schmidt, D; Obinger, C; Furtmüller, PG; Jahr: 2021
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Insights into the Active Site of Coproheme Decarboxylase from Listeria monocytogenes.
Autoren: Milazzo, L; Hofbauer, S; Howes, BD; Gabler, T; Furtmüller, PG; Obinger, C; Smulevich, G; Jahr: 2018
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
X-ray-induced photoreduction of heme metal centers rapidly induces active-site perturbations in a protein-independent manner.
Autoren: Pfanzagl, V; Beale, JH; Michlits, H; Schmidt, D; Gabler, T; Obinger, C; Djinović-Carugo, K; Hofbauer, S; Jahr: 2020
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Chemistry and Molecular Dynamics Simulations of Heme b-HemQ and Coproheme-HemQ.
Autoren: Hofbauer, S; Dalla Sega, M; Scheiblbrandner, S; Jandova, Z; Schaffner, I; Mlynek, G; Djinović-Carugo, K; Battistuzzi, G; Furtmüller, PG; Oostenbrink, C; Obinger, C; Jahr: 2016
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Coproheme decarboxylases – phylogenetic prediction versus biochemical analysis.
Autoren: Pfanzagl, V., Holcik, L., Maresch, D., Michlits, H., Furtmüller, P. G., Obinger, C., Hofbauer, S. Jahr: 2018
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:Molecular mechanism of coproheme to heme b conversion
Autoren: Hofbauer, S; Milazzo, L; Gabler, T; Pühringer, D; Pfanzagl, V; Djinovic-Carugo, K; Furtmüller, PG; Obinger, C; Smulevich, G Jahr: 2019
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:An actinobacterial representative sheds a new light on the reaction mechanism of coproheme decarboxylases
Autoren: Michlits, H; Pfanzagl, V; Furtmüller, PG; Djinovic-Carugo, K; Obinger, C; Hofbauer, S Jahr: 2019
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Externe Links und Eigenschaften der Publikation:
Mitarbeiter*innen
Paul Georg Furtmüller
ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing.Dr.nat.techn. Paul Georg Furtmüller
paul.furtmueller@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-77277
Projektleiter*in
01.11.2016 - 02.11.2016
Stefan Hofbauer
Assoc. Prof. Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Stefan Hofbauer Ph.D.
stefan.hofbauer@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-77258
Projektleiter*in
03.11.2016 - 31.10.2021