Strukturglykobiologie und Inhibierung des S-Schicht-Display

Zweidimensional-kristalline Proteingitter sind Zelloberflächenstrukturen (engl. surface (S-) Schichten) von vielen Bakterien und bieten sich daher als Zielstrukturen für therapeutische Intervention an. Viele S-Schichten sind mit Kohlenhydratketten modifiziert (Glykosylierung) und können durch die Wechselwirkung eines terminalen Motivs, das sich als ein endständiges Trimer aus S-Schicht- homologen Domänen (SLH) zusammensetzt, mit einem sekundären Zellwandglykopolymer (SCWP) an der Zelloberfläche verankert sein. Das bisherige Verständnis der Wechselwirkung zwischen dem SLH-Domänen Trimer und dem SCWP stammt von Untersuchungen an rekombinanten, nicht- glykosyliertem Protein und kurzen, synthetischen SCWP-Fragmenten. Wie wir mit dem Modellorganismus Paenibacillus alvei gezeigt haben, ist ein terminaler, pyruvylierter N- Acetylmannosamin-Rest des SCWP essenziell für die die Zellwandbindung und zwei Bindungstaschen des SLH-Domänen-Trimers sind nach dem Ausschlussprinzip besetzt. Unsere Hypothese besagt, dass die native Glykosylierung des SLH-Domänen-Trimers von P. alvei, welche sich in den Bindungstaschen befindet, die molekulare Logik der S-Schicht-Verankerung beeinflusst und, dass das erwiesene pyruvylierte N-Acetylmannosamin Bindungsepitop ein idealer Ausgangspunkt für das Design von Zellwandassemblierungs-Inhibitoren darstellt. Es soll der Einfluss der Glykosylierung des SLH-Domänen-Trimers auf die Bindung des SCWP in einem Bottom-up Ansatz mit schrittweise steigender Komplexität untersucht werden, um kleine Moleküle als Inhibitoren der SLH-Domänen-Trimer/SCWP Interaktion zu identifizieren. Verwendete Methoden inkludieren chemische Synthese von SCWP-Fragmenten und maßgeschneiderten Analoga, rationales S-Schicht (Glykosylierungs)Engineering, P. alvei Zelldesign, biophysikalische Analysen der Protein-Kohlenhydrat-Wechselwirkungen, Röntgenstrukturanalyse, Kryo-Elektronen Tomographie/Mikroskopie sowie molekulare Modellierung und Simulation. Dieses interdisziplinäre Projekt generiert ein mechanistisches Modell der Verankerung von S- Schichten in Gram-positiven Bakterien. Das molekulare Verständnis des dynamischen Zellwandverankerungsmechanismus von glykosylierten S-Schichten ist die Voraussetzung für die Ausschöpfung des therapeutischen oder biotechnologischen Potenzials dieser häufigen bakteriellen Zelloberflächenstrukturen. Dieses Projekt ist eine Kooperation zwischen Christina Schäffer (PI; molekulare (Glyko)Mikrobiologie, Biochemie), Chris Oostenbrink (molekulare Modellierung, molekulardynamische Simulation), Markus Blaukopf (chemische Synthese, NMR)-alle Universität für Bodenkultur Wien, AUT-Stephen V. Evans (Röntgenkristallographie), Universität Victoria, CAN, und Tanmay A. Bharat (Kryo-Elektronentomographie, Kryo-Elektronenmikroskopie), Universität Cambridge, UK.