Entschlüsselung der ligandeninduzierten Verdrehung eines homodimeren Enzyms mit Hilfe der gepulsten Elektron‐Elektron‐Doppelresonanz‐Spektroskopie

Abstract

Mechanistische Erkenntnisse über Protein‐Ligand‐Wechselwirkungen können chemische Werkzeuge für die Modulation von Proteinfunktionen liefern und deren Einsatz zu therapeutischen Zwecken ermöglichen. Für das homodimere Enzym tRNA‐Guanin‐Transglycosylase (TGT), eine virulenzrelevante Zielstruktur der Shigellose, wurde kristallographisch gezeigt, dass die Bindung bestimmter Liganden die funktionale Dimergeometrie in eine katalytisch‐inkompetente verdrehte Geometrie umwandelt. Die kristallographische Beobachtung beider Endzustände beweist jedoch weder die ligandeninduzierte Umwandlung zwischen beiden Dimerformen in Lösung noch gibt sie Aufschluss über den zugrunde liegenden Umwandlungsmechanismus. Wir sind diesen Fragen mit einem Ansatz nachgegangen, der ortsspezifische Spinmarkierung (SDSL) mit Abstandsmessungen auf der Grundlage der gepulsten Elektron‐Elektron‐Doppelresonanz‐Spektroskopie (PELDOR oder DEER) kombiniert. Wir beobachteten ein Gleichgewicht zwischen dem funktionalen und dem verdrehten Dimer, das von der chemischen Struktur des Liganden abhängt, wobei ein Pyranose‐substituierter Ligand das Gleichgewicht am stärksten in Richtung des verdrehten Dimers verschiebt. Unsere Experimente deuten auf einen Dissoziations‐Assoziations‐Mechanismus für die Bildung des verdrehten Dimers bei Ligandenbindung hin.