Polyamine : Modulatoren der Protein-Protein-Wechselwirkungen im CYP11A1-abhängigen Steroidhydroxylase-System

Abstract

In dieser Arbeit wird beschrieben, wie Polyamine, gebunden an geladene Stellen der Proteingrenzflächen, als Modulatoren transienter Protein-Protein Interaktionen fungieren können. Die Fähigkeit von Putrescin, Spermidin und Spermin, die Protein-Protein Interaktionen zwischen Adrenodoxin Reduktase (AdR), Adrenodoxin (Adx) und CYP11A1 zu beeinflussen, wurde unter anderem mittels Oberflächenplasmonresonanz und Stopped-Flow analysiert. Die Ergebnisse zeigten modulierende Effekte der Polyamine auf einzelne Interaktionen und auf das gesamte System. Computersimulationen der Polyamine an die Kristallstrukturen von oxidiertem Adx, AdR und dem oxidierten Adx — AdR Komplex, die von Frau M.Sc. S. Eyrisch, Universität des Saarlandes, durchgeführt wurden, deuten darauf hin, dass eine Modulation durch veränderte Protein-Protein Interaktionen möglich ist. Die Docking Experimente schlagen eine bevorzugte Bindestelle an der Region Asp-15, Asp-39 und Asp-41 des ungebundenen Adrenodoxins vor. Vier Adx-Mutanten (AdxD15K, AdxD15N, AdxD39K und AdxD39N) zeigten mit Ausnahme einer erhöhten thermischen Stabilität keine spektroskopischen Unterschiede zum Wildtyp. Die Mutanten verhielten sich in ihren Elektronentransfereigenschaften wie der Wildtyp in Anwesenheit der Polyamine. Somit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass Polyamine mit unterschiedlichen Komponenten transienter Proteinkomplexe interferieren und Proteinfunktionen kontrollieren können.

This work describes the role of polyamines that could efficiently bind to charged spots at protein interfaces as modulators of transient protein-protein interactions. The capability of putrescine, spermidine, and spermine to affect the protein-protein interactions between adrenodoxin reductase (AdR), adrenodoxin (Adx), and CYP11A1 was analysed using techniques like surface plasmon resonance or stopped flow. These studies revealed modulating effects of polyamines on distinct interactions and on the entire system. Computer simulations of the polyamines docked into the crystal structures of oxidized Adx, AdR, and the oxidized Adx — AdR complex performed by M.Sc. S. Eyrisch (Saarland University) suggested that modulation via changed protein-protein interactions appear plausible. On Adx, the docking experiments suggested one favourable high-affinity binding site of polyamines, the region around Asp-15, Asp-39, and Asp-41 of free Adx. Four Adx mutants (AdxD15K, AdxD15N, AdxD39K, and AdxD39N) showed, except a higher thermo-stability, no differences regarding their spectroscopic characteristics to the adrenodoxin wildtype. In their electron transfer properties the mutants were comparable to AdxWT in presence of the polyamines. These findings imply for the first time that small endogenous compounds are capable of interfering with distinct components of transient protein complexes and might control protein functions.