Biochemie von Coproporphyrin Ferrochelatasen

Theoretischer Rahmen: Die prokaryotische Häm-Biosynthese wurde über mehrere Jahrzehnte ausführlich untersucht. Im Jahr 2015 kam dieses Thema durch die Entdeckung des sogenannten "Coproporphyrin-abhängigen" (CPD) Häm-Biosynthesewegs durch Dailey und Mitarbeiter wieder in den Fokus, der hauptsächlich von grampositiven Bakterien genutzt wird. Der CPD-Syntheseweg unterscheidet sich vom Protoporphyrin-abhängigen Weg durch die Sequenz der Uroporphyrinogen-zu-Häm b-Transformation und die beteiligten Enzyme (UroD, CgoX, CpfC ChdC). Studien zu CpfC wurden bis vor kurzem unter Verwendung von Protoporphyrin IX anstelle von Coproporphyrin III durchgeführt. Zielsetzungen: Zuverlässige Kenntnisse über die Biochemie und molekulare Enzymologie von CpfCs sind sehr begrenzt. Unser Ziel ist die Untersuchung der Proteinbiochemie und die Aufklärung der enzymatischen Mechanismen der Coproporphyrin-Ferrochelatasen aus (i) Firmicutes und (ii) Actinobakterien, um den Mechanismus der Katalyse zu verstehen, einschließlich der Substratbindung beider Substrate und der enzymatischen Insertion von Eisen(II)-Eisen in Coproporphyrin III. Methoden: Die biochemische und biophysikalische Charakterisierung der Coproporphyrin-Ferrochelatasen (CpfCs) wird unter Verwendung mehrerer spektroskopischer High-End-Methoden und einer stationären und prästationären kinetischen Charakterisierung von Wildtyp- und mutierten Enzymen durchgeführt. Darüber hinaus werden wir modernste strukturbiologische Methoden anwenden, um profunde Kenntnisse über die Struktur des Enzyms bis ins kleinste Detail zu gewinnen, wie z.B. Protonierungszustände (durch Neutronenkristallographie). Innovation: Der CPD-Häm-Biosyntheseweg wurde kürzlich in der Literatur beschrieben, und viele Fragen zu den Mechanismen und Wechselwirkungen der Enzyme sind noch unbeantwortet. Er ist essentiell für grampositive Bakterien und einige wenige intermediäre und gramnegative Bakterien. Das Verständnis der Biochemie der beteiligten Enzyme, mit Schwerpunkt auf CpfCs, und der allgemeinen Regulation der Häm-Biosynthese, der Aufnahme und des Abbaus dieser Bakterien ist eine sehr wichtige Frage der Grundlagenforschung. Dieses Projekt wird eine solide Grundlage für die zukünftige Entwicklung neuer Therapeutika gegen pathogene grampositive Bakterien schaffen.