title: Ligand binding properties of the siderocalins NGAL and Q83
Creators: name: Hötzinger, Matthias
Publisher: name: :none
Year: 2011

description: NGAL ist ein 178 Aminosäuren großes, menschliches Protein und gehört zur Familie der Siderocaline. Es kommt in sekretorischen Vesikeln von Granulozyten vor. Siderocaline sind eine Unterklasse der Lipocaline. Charakteristisch für diese Proteinfamilie sind zum Einen die Struktur eines acht-strängigen, antiparallelen Β - Fasses und zum Anderen die Bindung von kleinen, hydrophoben Liganden. Siderocaline im Speziellen binden als Liganden sogenannte Siderophore, eisenkomplexierende Moleküle. Siderophore werden beispielsweise von Bakterien ausgeschieden, um Eisen ihres Wirtes zu komplexieren und daraufhin wieder in die Zelle transportiert zu werden. Eisen wirkt auf Grund seiner geringen Bioverfügbarkeit oft als limitierender Faktor bakteriellen Wachstums. Siderocaline können in diesem Zusammenhang als Mechanismus des Wirtsorganismus verstanden werden, um dieser Eisendepletion entgegen zu wirken. NGAL spielt neben der eben beschriebenen Funktion bei bakteriellen Infektionen aber eine Rolle bei einer Vielzahl anderer Prozesse, wie z. B. Entzündungen, Eisentransport, Gewebsdifferenzierung und Krebsentwicklung. Es scheint sehr wahrscheinlich, dass diese Funktionen direkt mit den Ligandenbindungseigenschaften zusammenhängen. Q83 ist das Wachtel-Homologe von NGAL und ist als solches in der Forschung wesentlich weniger behandelt. Trotz sehr geringer Sequenzidentität mit NGAL weist es vergleichbare Funktionen und sehr ähnliche Struktureigenschaften auf. Die bei Q83 kürzlich entdeckte, zweite Bindungsstelle für Fettsäuren (46), könnte sich als wesentlicher Faktor zur Aufklärung seiner pleiotropen Funktionen erweisen. In der vorliegenden Diplomarbeit wurden die Bindungseigeinschaften von NGAL und Q83 zu verschiedenen Liganden untersucht. Fluoreszenzquenching Experimente und makromolekulare NMR Spektroskopie an bestimmten Mutanten von Q83 lieferten detaillierte Informationen des Siderophor-Bindungsmechansimus. Außerdem konnte die Fettsäure-Bindungsstelle von Q83 charakterisiert werden. Ein Einblick in die 93 Dynamik von freiem NGAL und des Protein-Ligand-Komplexes, mit dem Siderophor Enterobactin gebunden, wurde ebenfalls mittels NMR spektroskopischer Untersuchungen gegeben.
description: NGAL is a 178 amino acids human protein, belonging to the siderocalin family. It is found in secretory vesicles of granulocytes. Siderocalins are a subclass of lipocalins. This protein family is characterized structurally by the formation of an eightstranded, antiparallel β-barrel and functionally by binding small, hydrophobic ligands. The ligands of siderocalins are so called siderophores, iron-chelating molecules. Siderophores are for instance excreted by bacteria, in order to capture iron from its host and transport it into the cell. Due to its low bioavailability, iron often accounts as limiting factor for bacterial growth. In this context siderocalins can be seen as the host’s mechanism to counteract iron-depletion. Besides this function in bacterial infection, NGAL plays a role in various other processes, e.g. inflammation, iron delivery, tissue differentiation and cancer progression. These functions are most likely intimately connected to the ligand binding properties. Q83 is the quail homologue of NGAL and is essentially less examined. In spite of low sequence identity with NGAL, it shows very similar functions and an analog structural fold. Q83’s newfound secondary binding site for fatty acids (46) might be a key feature for deciphering its pleiotropic functions. In this thesis the binding properties of NGAL and Q83 to different ligands were investigated. Fluorescence quenching experiments and macromolecular NMR spectroscopy on various Q83 mutants provided detailed information on the siderophore binding mechanism. Furthermore the fatty acid binding site of Q83 was characterized. An insight into the dynamics of free NGAL and the protein-ligand complex, with the bound siderophore enterobactin, was given using NMR spectroscopic methods.