Enzym-Ligand Interaktionen von Folat-Enzymen

Das vorgeschlagene Projekt befaßt sich mit der Untersuchung von Interaktionen zwischen medikamentenresistenten Enzymen und ihren Liganden (Inhibitoren). Dabei sollen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen strukturellen Veränderungen des Liganden (Inhibitors) und dem damit verbundenen Einfluß auf die Bindung zwischen Enzym und Ligand gewonnen werden. Die Enzyme, die im Zuge des Projekts behandelt werden, Dihydrofolat Reduktase (DHFR) Thymidylat Synthase (TS) katalysieren Reaktionen des Folat-Metabolismus. Eine Inhibierung eines der beiden Enzyme durch sogenannte Antifolate, z. B. Methotrexat, führt zu einer Verringerung der Produktion von DNA-Vorstufen, was für die Zelle tödlich ist und diese Enzyme zu Zielen in der Krebsforschung macht. Die Identifizierung von Aminosäureresten der humanen DHFR, die für die Bindung von Substraten und/oder Inhibitoren wie Methotrexate verantwortlich sind mittels "directed evolution" und "high- throughput screening" Methoden ist seit Jahren ein wichtiges Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe von Prof. Joelle Pelletier (Universität von Montréal, Kanada). Das nachfolgende Projekt beinhaltet zwei wesentliche Ziele: zum einen wird die "directed evolution" der humanen DHFR auf neue Inhibitoren ausgedehnt. Dazu gehören "nicht-klassische Antifolate", Nukleinsäuren und Katechole. Resistente Mutanten der hDHFR werden anhand ihrer Fähigkeit ihre normale Aktivität in Gegenwart eines Inhibitors (Antifolats) auszuführen, identifiziert und anschließend auf ihre kinetischen Parameter und Bindungskonstanten untersucht. Durch Korrelation der Mutationen mit den strukturellen Eigenheiten der Liganden werden neue Informationen gewonnen, die einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung von neuen Medikamenten liefern. Das zweite Ziel des Projekts besteht in der Etablierung einer ähnlichen "directed evolution"Strategie für Thymidylate Synthase und deren nachfolgende Charakterisierung, um bessere Eindrücke über die Eigenschaften der Ligandenbindung von TS zu erhalten. Die Pelletier-Arbeitsgruppe ist eine der wenigen weltweit, die zahlreiche Strategien entwickelt hat um verschiedene Enzyme und Reaktionen effizient zu screenen, was sie zu einer exzellenten Wahl für die Erlernung dieser Techniken macht. Des weiteren bietet die Universität von Montréal eine ausgezeichnete Laborinfrastruktur, die die Durchführung des Projekts ermöglicht. "Directed Evolution" und "high-throughput" screening Methoden sind weitreichend einsetzbare und flexible Techniken, die auch dazu verwendet werden könne, Enzyme für spezifische biotechnologische und biokatalytische Anwendungen zu adaptieren bzw. zu verbessern. Zusammen mit "molecular modelling" Methoden stellen sie eine ideale Komplementierung meiner bisherigen Kenntnisse in Biokatalyse und Biochemie dar. Nach der Rückkehr nach Österreich würde ich die erlenten Techniken und das erworbene Know-how gerne dazu einsetzen, die bestehende biokatalytische Forschung zu verbessern.