Struktur und Funktion der LanC-ähnlichen Proteine

Das Projekt "Struktur und Funktion der LanC-ähnlichen Proteine" behandelt die biochemische, molekular- und zellbiologische Untersuchung eines neuen Proteins der roten Blutkörperchen, LANCL1, das eine Ähnlichkeit mit den LanC-Proteinen von Bakterien aufweist. Die LanC-Proteine sind Teil eines hochmolekularen Enzym- komplexes, der die Biosynthese von antimikrobiellen, sogenannten "lantibiotischen" Peptiden bewirkt. Diese Peptide schützen die Bakterien vor der Überwucherung durch andere Mikroorganismen. Das hat auch eine wirtschaftliche Bedeutung, denn die lantibiotischen Peptide werden schon seit über 50 Jahren als natürliche, antimikrobielle Konservierungsmittel in der Nahrungsmittelindustrie verwendet. Es ist jedoch unbekannt, ob der menschliche Körper in der Lage ist, ähnliche Peptide zu synthetisieren. Die bisher bekannten, humanen Peptide des natürlichen Immunsystems weisen andere Strukturen auf. Interessanterweise ist LANCL1 nicht nur in roten Blutkörperchen enthalten, sondern hauptsächlich in den Nervenzellen des Gehirns, weiters im Hoden, in einigen Zellarten des Immunsystems und in den Epithelien des Darms und der Lunge. In den meisten dieser Gewebe und Zellarten wurden auch humane, antimikrobielle Peptide gefunden. In diesem Projekt sollen die Struktur und Funktion von LANCL1 und seinem Homologen LANCL2 bestimmt werden. Dabei werden die Fragen behandelt, ob diese Proteine, ähnlich dem LanC, Untereinheiten eines Enzymkomplexes sind, ob sie mit Peptidvorstufen in Wechselwirkung treten, ob sie diese Vorstufen in antimikrobiell wirksame Peptide umwandeln können und ob sie mit einem Peptid-Transporter assoziieren können. Weiters soll in den Untersuchungen die Art der Peptidmodifikation aufgeklärt werden. Möglicherweise werden dabei Informationen für die Synthese von neuen, antibiotisch wirksamen Substanzen erhalten.

Im Projekt P15786 "Structure and function of LanC-like proteins" wurden zwei Proteine, LANCL1 und LANCL2, untersucht, über die noch recht wenig bekannt ist. Diese Proteine haben eine strukturelle Ähnlichkeit mit den bakteriellen LanC-Proteinen, die eine Rolle bei der Synthese von anti-bakteriellen Peptiden (Lantibiotika) spielen. Daher wurden die LANCL-Proteine des Menschen in einen Zusammenhang mit dem Immunsystem gebracht, doch dies konnte bisher nicht bestätigt werden. In unserer Gruppe wurden jetzt beide Proteine mit biochemischen und zellbiologischen Methoden charakterisiert, des weiteren wurden sie für die Strukturanalyse gereinigt und es wurden Proteine identifiziert, die mit ihnen in Wechselwirkung treten. LANCL1 wurde von uns als Glutathion-bindendes, oxidationsempfindliches, cytoplasmatisches Protein charakterisiert, das die Zelle für cytotoxische Substanzen sensibilisiert. Möglicherweise hat dieses Protein eine Funktion bei der Regulation der Resistenz von Zellen gegenüber diesen cytotoxischen Substanzen, die auch für die Chemotherapie von Krebs eingesetzt werden. Da dieses Protein außerdem eine wichtige Rolle bei der Infektion von Erythrocyten mit Malaria-Erregern spielt, könnte es auch als Ziel für Anti-Malaria-Medikamente dienen. Im Gegensatz zu LANCL1 haben wir das LANCL2 Protein als Membranprotein charakterisiert, das mit der Fettsäure Myristinsäure modifiziert ist. Derartige myristoylierte Proteine sind meist in den Signal-Kaskaden der Zelle, in den Cholesterin-reichen Mikrodomänen der Zellmembran zu finden. Außerdem bindet LANCL2 an Phosphatidylinosit phosphate (PIPs), Lipide, die eine wichtige Rolle bei der Signalweiterleitung spielen. PIPs sind für die Regulation des Cytoskeletts notwendig und für das Wachstum der Zellen essentiell. Die LANCL2 Expression bewirkt eine Erhöhung der zellulären Empfindlichkeit gegen cytotoxische Substanzen. Diese Empfindlichkeit ist mit der Membranverankerung von LANCL2 gekoppelt. Eine LANCL2 Mutante, die nicht an der Zellmembran, sondern nur im Zellkern zu finden ist, hat keine Wirkung auf diese Empfindlichkeit gegen cytotoxische Substanzen. Bei unseren Untersuchungen von LANCL2-wechselwirkenden Proteinen konnten wir zwei Proteine identifizieren, ein Hitzeschockprotein der Hsp70-Familie und das glykolytische Enzym Alpha- Enolase. Beide Proteine sind bekannt als Inhibitoren der Myristoylierung und sind mögliche Ziele für die Chemotherapie von Krebs. Möglicherweise werden sie als Gegenreaktion der Zelle auf die LANCL2 Überexpression gebildet. Unsere Ergebnisse wurden von der ursprünglichen Hypothese nicht vorhergesehen, doch sie vermitteln wertvolle Einsichten in die Natur dieser relativ unbekannten Proteine und ermöglichen jetzt gezieltere Fragestellungen zu ihrer Struktur und Funktion.