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Synthese und Anwendung von Rhamnogalacturonan-II-Fragmenten

Projektleitung
Pfrengle Fabian, Projektleiter/in
Laufzeit:
01.04.2022-31.03.2025
Programm:
Einzelprojekte
Art der Forschung
Grundlagenforschung
Mitarbeiter*innen
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Organische Chemie (DCH/OC)
Gefördert durch
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) , Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich
Abstract
Weiterer Forschungskontext: Pflanzenzellwände stellen die reichhaltigste verfügbare Ressource an fermentierbaren Kohlenhydraten und biobasierten Materialien dar. Die optimale Nutzung dieser Ressource erfordert eine eingehende Kenntnis der molekularen Struktur und der Biosynthese von Pflanzenzellwandglykanen. Neben Cellulose, die aus relativ einfachen 1,4-Glucanketten aufgebaut ist, enthalten Pflanzenzellwände auch die strukturell komplexeren Heteropolysaccharide Hemicellulosen und Pektin sowie Lignin und Zellwandproteine. Das komplexeste Zellwandglykan ist Rhamnogalacturonan-II (RG-II), ein hochkonserviertes niedermolekulares pektisches Polysaccharid, das zwölf verschiedene Arten von Monosacchariden enthält, die durch 20 verschiedene Bindungen miteinander verbunden sind. Reine Oligosaccharidproben, die die strukturellen Merkmale komplexer Zellwandglykane wie RG-II repräsentieren, sind leistungsstarke molekulare Werkzeuge für verschiedene biochemische Untersuchungen und unverzichtbar für kontinuierliche Fortschritte in der pflanzlichen Zellwandforschung, aber nur begrenzt verfügbar.

Zielsetzungen: Wir werden synthetische Strategien entwickeln, um Zugang zu Oligosaccharidfragmenten von RG-II zu erhalten, die in Glykan-Array-Tests zur Identifizierung und Charakterisierung von RG-II-spezifischen Antikörpern und RG-II-biosynthetischen Enzymen eingesetzt werden sollen.

Herangehensweise: Die komplexe Struktur von RG-II stellt die organischen Chemiker vor enorme Herausforderungen: 1) Die seltenen Monosaccharide Apiose und Acerinsäure müssen de novo synthetisiert und in geeignete Glykosyl-Donatoren umgewandelt werden. 2) Die hohe Anzahl von Uronsäureresten erfordert eine Strategie der Nach-Oxidation. 3) Die stark verzweigte, verdichtete Struktur von RG-II erschwert die Entwicklung einer geeigneten konvergenten Synthesestrategie. 4) Eine große Anzahl von 1,2-cis-glykosidischen Bindungen muss stereoselektiv mit individuell optimierten Glykosylierungsprotokollen hergestellt werden. Durch die Nutzung und Weiterentwicklung der neuesten Methoden der synthetischen Kohlenhydratchemie werden diese Herausforderungen gemeistert und eine Sammlung komplexer RG-II-Fragmente bis zur Größe von Dekasacchariden hergestellt. Die präparierten Oligosaccharide werden als Glykan-Arrays gedruckt und mit Pektin-gerichteten Antikörpern sowie mit mutmaßlichen Glykosyltransferasen (GTs), die für die RG-II-Biosynthese verantwortlich sind, untersucht.

Neuheit: Die Verfügbarkeit von hochkomplexen RG-II-Fragmenten wird es erstmals ermöglichen, die RG-II-Biosynthese systematisch aufzuklären und spezifische RG-II-Epitope in pflanzlichen Zellwänden mittels Fluoreszenzmikroskopie zu erkennen und zu überwachen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden künftige Entwicklungen zur Verbesserung der Verdaulichkeit von Biomasse, der Materialfestigkeit von Pflanzenprodukten und der Haltbarkeit von Obst und Gemüse erleichtern.
Schlagworte
Organische Chemie; Glykobiologie;
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