Fakultät für Chemie - Strukturbiochemie
 
 
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Arbeitsgebiete 

 

 

Aktivierung der Rezeptor Tyrosinkinase MET

 

MET und seine Bedeutung

Die Rezeptor Tyrosinkinase MET ist essentiell in der Entwicklung von Vertebraten und spielt eine bedeutende Rolle bei Geweberegeneration und Wundheilung. Daneben ist MET auch in Infektionsprozesse durch mikrobielle Pathogene involviert. Das fakultativ intrazelluläre Bakterium Listeria monocytogenes aktiviert MET, und stimuliert somit seine Aufnahme in nicht-phagozytierende Zellen. Verantwortlich für die Rezeptoraktivierung ist InlB, ein bakterielles Oberflächenprotein, das spezifisch an die extrazelluläre Domäne von MET bindet. Obwohl InlB strukturell keinerlei Ähnlichkeit mit dem physiologischen MET-Liganden HGF/SF hat, ist die zelluläre Antwort auf Stimulation von MET durch HGF/SF und InlB sehr ähnlich.

 

Der InlB/MET Komplex

Unser Ziel ist es, den Mechanismus der Liganden-induzierten MET Aktivierung auf molekularer Ebene aufzuklären. Dazu haben wir die Kristallstruktur eines Komplexes aus InlB und der Ektodomäne von MET bestimmt (Niemann et al. 2007, oberes Bild). Dieser Komplex zeigt, dass die Bindungsstellen für InlB und HGF/SF sich unterscheiden. Die Bindung von InlB an den MET Rezeptor bewirkt eine Dimerisierung, die durch einen Kontakt auf der konvexen Seite von InlB vermittelt wird (Ferraris et al. 2010). Eine Analogie zur Aktivierung von MET durch die HGF/SF Splice Variante NK1 ist in einem Übersichtsartikel beschrieben (Niemann 2013). In Kooperation mit Prof. Heilemann (Frankfurt) untersuchen wir aktuell die durch InlB ausgelöste Dimerisierung von MET mit Hilfe von Einzelmolekül Fluoreszenzmikroskopie (Dietz et al. 2013).

 

Der InlB B-Repeat

InlB ist ein Multidomänenprotein, wobei nur die N-terminale Internalin Domäne an MET bindet. Obwohl sie nicht direkt an MET binden, sind auch die weiteren InlB Domänen wichtig für die Aktivierung von MET. Wir untersuchen die Struktur und Funktion der mittleren Domäne von InlB, des sog. B-Repeat. Der B-Repeat hat eine Ubiquitin-ähnliche Faltung (β-grasp fold; mittleres Bild) und ist notwendig, um Zellmotilität auszulösen (Ebbes et al. 2011). Vieles deutet darauf hin, dass der B-Repeat einen von MET verschiedenen Rezetpor auf der Wirtszelle bindet. Derzeit versuchen wir, diesen Rezeptor zu identifizieren.

 

Design potenter MET Agonisten

MET ist ein medizinisch interessantes Zielmolekül. Eine gezielte Hemmung von MET bietet einen Ansatz für die Behandlung verschiedener Tumoren. Eine gezielte Aktivierung könnte in der Geweberegeneration eingesetzt werden. Rezeptor Tyrosinkinasen werden durch Liganden-induzierte Dimerisierung aktiviert. Die Kenntnis der strukturellen Grundlage der durch InlB ausgelösten Dimerisierung von MET ermöglicht eine gezielte, Strutkur-basierte Entwicklung von MET Agonisten (Ferraris et al. 2010; Kolditz et al. 2013; unteres Bild).

 

 

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Komponenten des Yersinia enterocolitica Typ III Sekretionssytems

 

Typ III Sekretionssyteme (T3SS) sind große Multiproteinkomplexe, die von vielen pathogenen und symbiontischen Gram-negativen Bakterien verwendet werden, um Effektorproteine direkt in das Zytoplasma von Wirtszellen zu injizieren. Dabei bilden hydrophobe sog. Translokatorproteine eine Pore in der Wirtszellmembran. Im Zytoplasma des Bakteriums binden die Translokatorproteine an ein Chaperon, das auch nach Ausschleusen des Translokators im bakteriellen Zytoplasma verbleibt. Anders als klassische Chaperone binden T3S Chaperone kein Nukleotid. Wir haben die erste Struktur eines T3S Translokator-Chaperons experimentell bestimmt ( Büttner et al. 2008). Die Struktur von SycD aus Y. enterocolitica zeigt Tetratrico Peptide Repeats, die dem Molekül eine leicht gekrümmte Form geben (oberes Bild). Eine zweite Struktur von SycD im Komplex mit einem Chaperon-bindenden Peptid des Translokators YopD zeigt, dass dieser in eine konkave Furche des Chaperons SycD bindet ( Schreiner et al. 2012; unteres Bild).

 

Neben den beiden Translokatoren YopB und YopD bindet das Chaperon SycD noch mehrere weitere T3S Proteine und übt dadurch u.a. eine regulatorische Funktion aus. Derzeit untersuchen wir die Wechselwirkung von SycD mit verschiedenen Y. enterocolitica T3S Proteinen in vitro.

 

 

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Komponenten des Helicobacter pylori Typ IV Sekretionssystems

 

Der Magenkeim H. pylori verwendet ein Typ IV Sekretionssystem, um das Effektorprotein CagA in Zellen des menschlichen Magenepithels zu injizieren. Das auf dem Typ IV Sekretionspilus lokalisierte Protein CagL ist essentiell für die Injektion von CagA in Wirtszellen. CagL verfügt über ein sog. RGD Motiv, das wahrscheinlich für die Bindung von Integrinen auf Wirtszellen verantwortlich ist.

 

Wir haben die Kristallstruktur von H. pylori CagL bestimmt. (Barden et al. 2013). CagL besteht aus einem zentralen 3-Helix Bündel, an das die N-terminal Helix nur lose angelagert ist. Vergleiche mit bekannten Strukturen legen nahe, dass CagL ein für H. pylori spezifisches Protein ist. Das RGD Motiv ist an der Proteinoberfläche exponiert und damit für eine Rezeptorbindung zugänglich. Im Gegensatz zu praktisch allen bisher strukturell charakterisierten RGD Motiven, befindet das RGD Motiv von CagL sich jedoch nicht in einer Schlaufenstruktur sondern mitten in einer Helix.

 

Derzeit untersuchen wir die molekularen Grundlagen für die Bindung von CagL an Integrine und die Struktur von mit CagL verwandten Proteinen aus H. pylori.

 

 

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InlB/Met Komplex
InlB B-Repeat
InlB Crystal Dimer
SycD
SycD/YopD Komplex
CagL