title: Nichtkompetitive Inhibition der tRNA-Guanin Transglycosylase durch Störung der essentiellen Protein-Protein-Interaktion
title: Non-competitive inhibition of tRNA guanine transglycosylase by interfering with the essential protein-protein interaction
Creators: name: Jakobi, Stephan
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Molekulardynamik , Enzyminhibitor
drug design
Biowissenschaften, Biologie
Enzymkinetik
molecular dynamics
Protein-Protein-Wechselwirkung , Wirkstoff-Rezeptor-Bindung
protein-protein interaction
Transferasen
transferase, enzyme inhibition

description: Protein-Protein-Interactions are
      commonly known as part of a regulatory network within cells
      and organisms. The homodimer tRNA-guanine transglycosylase
      (TGT) catalyzes a base exchange reaction and is therefore
      crucial to the pathogenicity of Shigella bacteria. By placing
      a ligand directly in the contact region of the two enzyme
      partners, the complex is supposed to collapse. In this
      thesis, the contact area was first analyzed in detail by
      molecular dynamics simulations. As a major finding a
      hot-spot-network was identified, consisting of Trp326,
      Tyr330, His333, and Phe92’ respectively. These four amino
      acids are in contact with each other by stacking and also
      interact with acceptor functionalities on the opposite side
      of the other dimer partner. Furthermore, mutagenesis studies
      were able to underline this result by inducing monomerization
      of the permanent and obligate homodimer of TGT. Structure
      solution by X-ray crystallography showed the monomers to tend
      to assemble crystallographic dimers in the same manner as the
      wildtype forms its homodimers (space group C2). Interestingly
      enough, the structure of each monomer is stable. Also when a
      disulfide bridge via the introduced cysteine 330 (C330-C330’)
      is formed and induces a completely different packing in space
      group P6(5)22, only a small part of the interface is found to
      be flexible. In some conformations, loop 46 to 52 opens
      possible pockets in which putative ligands could be placed.
      First attempts to focus on
      protein-protein-interface-inhibitors started in silico with
      docking and molecular dynamics simulations and in vitro by
      using the tethering approach combined with mass spectrometry.
      Further experiments might succeed in a way to new
      PPI-Inhibitors of the homodimeric enzyme TGT.
description: Protein-Protein-Kontakte stellen
      eine reiche Vielfalt an Interaktionsmöglichkeiten der
      Polypeptide mit regulatorischen Funktionen innerhalb lebender
      Organismen dar. Das homodimere Enzym tRNA-Guanin
      Transglykosylase(TGT) katalysiert z. B. eine
      Basenaustauschreaktion, die essentiell für die Pathogenität
      der Shigella Bakterien ist. Durch einen geeigneten Liganden,
      der an die Kontaktfläche der beiden Monomere bindet, könnte
      die Ausbildung des aktiven Komplexes unterdrückt werden. In
      dieser Arbeit wurde deshalb zunächst das Interface mittels
      Molekulardynamik-Simulationen ausführlich und eingehend
      charakterisiert. So konnte ein zentraler Hot-Spot, bestehend
      aus den aromatischen Aminosäuren Trp326, Tyr330, His 333 und
      Phe92‘, identifiziert werden. Sie stehen am Interface durch
      Stacking miteinander in Kontakt und bilden zusätzlich ein
      Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen zu
      Akzeptorfunktionalitäten am Dimerpartner aus. Durch
      umfassende Mutagenesestudien konnte gezeigt werden, dass
      Veränderungen innerhalb dieses Clusters zur Monomerisierung
      des sonst permanenten, obligaten Homodimers führen. Die
      Aufklärung mittels Röntgenstrukturbestimmung ließ, bei
      stabiler Tertiärstruktur, einen klaren Trend zum Erhalt eines
      kristallographischen Dimers in analoger Weise zum
      Wildtypprotein erkennen (RG C2). Durch eine Disulfidbrücke
      C330-C330‘ konnte die Variante TGT Y330C jedoch auch in einer
      geänderten geometrischen Anordnung kristallisiert werden (RG
      P6(5)22). In allen Strukturen zeigte sich ein am Interface
      beteiligter Loop (AS 46-52) als besonders flexibel, wobei
      sich nach ersten Analysen durch verschiedene Konformationen
      Bindetaschen mit der Möglichkeiten zur Interaktion von
      geeigneten Protein-Protein-Interface-Liganden öffnen. Hier
      könnte ein Schlüsselmechanismus für einen möglichen Wirkstoff
      gefunden worden sein. Erste Versuche, einen potentiellen
      Liganden zu platzieren, bedienten sich in silico der
      Molekulardynamik und des Dockings, in vitro eines
      MS-gekoppelten Fragment-Tetherings. Weitere, vertiefende
      Experimente könnten den Durchbruch für einen neuen
      Protein-Protein-Interface-Inhibitor am Homodimer der TGT
      bedeuten.