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The interaction of fibroblast growth factors (FGFs) with their fibroblast growth factor receptors (FGFRs) are important in the signaling network of cell growth and development. SSR128129E (SSR),[1, 2] a ligand of small molecular weight with potential anti-cancer properties, acts allosterically on the extracellular domains of FGFRs. Up to now, the structural basis of SSR binding to the D3 domain of FGFR remained elusive. This work reports the structural characterization of the interaction of SSR with one specific receptor, FGFR3, by NMR spectroscopy. This information provides a basis for rational drug design for allosteric FGFR inhibitors.
Previously, we have synthesized a diverse range of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA)-based semiaromatic polyamides via enzymatic polymerization. This novel class of polymers are biobased alternatives to polyphthalamides, which are petrol-based semiaromatic polyamides. From a commercial perspective, they have interesting properties as high-performance materials and engineering thermoplastics. It is even more appealing to explore novel FDCA-based polyamides with added functionality, for the development of sustainable functional materials. Here, a set of FDCA-based heteroatom polyamides have been successfully produced via Novozyme 435 (N435)-catalyzed polymerization of biobased dimethyl 2,5-furandicarboxylate with (potentially)heteroatom diamines, namely, 4,9-dioxa-1,12-dodecanediamine (DODA), diethylenetriamine, and 3,3-ethylenediiminopropylamine. We performed the enzymatic polymerization in solution and bulk. The latter approach is more sustainable and results in higher molecular weight products. Among the tested heteroatom diamines, N435 shows the highest catalytic activity toward DODA. Furthermore, we find that all obtained FDCA-based heteroatom polyamides are amorphous materials with a relatively high thermal stability. These heteroatom polyamides display a glass-transition temperature ranging from 41 to 107 °C.
Electron transfer in respiratory chains generates the electrochemical potential that serves as energy source for the cell. Prokaryotes can use a wide range of electron donors and acceptors and may have alternative complexes performing the same catalytic reactions as the mitochondrial complexes. This is the case for the alternative complex III (ACIII), a quinol:cytochrome c/HiPIP oxidoreductase. In order to understand the catalytic mechanism of this respiratory enzyme, we determined the structure of ACIII from Rhodothermus marinus at 3.9 Å resolution by single-particle cryo-electron microscopy. ACIII presents a so-far unique structure, for which we establish the arrangement of the cofactors (four iron–sulfur clusters and six c-type hemes) and propose the location of the quinol-binding site and the presence of two putative proton pathways in the membrane. Altogether, this structure provides insights into a mechanism for energy transduction and introduces ACIII as a redox-driven proton pump.
Single-particle electron cryo-microscopy (cryoEM) has undergone a “resolution revolution” that makes it possible to characterize megadalton (MDa) complexes at atomic resolution without crystals. To fully exploit the new opportunities in molecular microscopy, new procedures for the cloning, expression and purification of macromolecular complexes need to be explored. Macromolecular assemblies are often unstable, and invasive construct design or inadequate purification conditions or sample preparation methods can result in disassembly or denaturation. The structure of the 2.6 MDa yeast fatty acid synthase (FAS) has been studied by electron microscopy since the 1960s. We report a new, streamlined protocol for the rapid production of purified yeast FAS for structure determination by high-resolution cryoEM. Together with a companion protocol for preparing cryoEM specimens on a hydrophilized graphene layer, our new protocol has yielded a 3.1 Å map of yeast FAS from 15,000 automatically picked particles within a day. The high map quality enabled us to build a complete atomic model of an intact fungal FAS.
Engineering of assembly line polyketide synthases (PKSs) to produce novel bioactive compounds has been a goal for over twenty years. The apparent modularity of PKSs has inspired many engineering attempts in which entire modules or single domains were exchanged. In recent years, it has become evident that certain domain-domain interactions are evolutionarily optimized, and if disrupted, cause a decrease of the overall turnover rate of the chimeric PKS. In this study, we compared different types of chimeric PKSs in order to define the least invasive interface and to expand the toolbox for PKS engineering. We generated bimodular chimeric PKSs in which entire modules were exchanged, while either retaining a covalent linker between heterologous modules or introducing a non-covalent docking domain- or SYNZIP domain-mediated interface. These chimeric systems exhibited non-native domain-domain interactions during intermodular polyketide chain translocation. They were compared to otherwise equivalent bimodular PKSs in which a non-covalent interface was introduced between the condensing and processing parts of a module, resulting in non-native domain interactions during the extender unit acylation and polyketide chain elongation steps of their catalytic cycles. We show that the natural PKS docking domains can be efficiently substituted with SYNZIP domains and that the newly introduced non-covalent interface between the condensing and processing parts of a module can be harnessed for PKS engineering. Additionally, we established SYNZIP domains as a new tool for engineering PKSs by efficiently bridging non-native interfaces without perturbing PKS activity.
Structural and vibrational studies have been carried out for the most stable conformer of 3,3′-ethane-1,2-diyl-bis-1,3,5-triazabicyclo[3.2.1]octane (ETABOC) at the DFT/B3LYP/6-31G(dp) level using the Gaussian 03 software. In light of the computed vibrational parameters, the observed IR Bolhmann bands for the C2V, C2, and Ci symmetrical structures of ETABOC have been analyzed. Hyperconjugative interaction was done by Natural Bond Orbital Analysis. Interpretation of hyperconjugative interaction involving the lone pairs on the bridgehead nitrogen atoms with the neighboring C–N and C–C bonds defines the conformational preference of the title compound. The recorded X-ray diffraction bond parameters were compared with theoretical values calculated at B3LYP/6-31G(d,p) and HF/6-31G(d,p) level of theory showed that ETABOC adopts a chair conformation and possesses an inversion center.
The synthesis and single crystal structure of a new cocrystal, which is composed of OHphenolic∙∙∙OHphenolic∙∙∙Naminalic supramolecular heterosynthons assembled from 4-tert-butylphenol and the macrocyclic aminal TATU, is presented. This cocrystal was prepared by solvent-free assisted grinding, which is a commonly used mechanochemical method. Crystal structure, supramolecular assembly through hydrogen bonding interactions as well as the physical and spectroscopic properties of the title cocrystal are presented in this paper.
Die Tumorprotein-Familie des Proteins p53 besteht aus drei Familienmitgliedern p53, p63 und p73 mit diversen Funktionen als Transkriptionsfaktoren. p53 war das erste Mitglied dieser Familie, das im Jahre 1979 entdeckt wurde und wurde zunächst als krebsverursachendes Protein eingeordnet, weil es in vielen Tumorgeweben in erhöhter Menge vorgefunden wurde. Es wurde allerdings festgestellt, dass der Großteil dieser gefundenen p53-Proteine funktionsunfähig durch Mutationen in ihrer Aminosäuresequenz waren. Unmutiertes p53 hingegen führt zu einem Stopp von Zellteilung oder sogar Zelltod, sofern die Zellen genetischem Stress durch Strahlung oder mutagene Chemikalien ausgesetzt sind. Heute wird p53 als eines der wichtigsten Tumor-Unterdrückungsproteine betrachtet. Die beiden anderen Familienmitglieder p63 und p73 existieren in einer Vielzahl von Isoformen. Neben carboxyterminaler alternativer mRNA-Prozessierung (α, β, γ, usw. Isoformen) führen zwei unabhängige Promotoren auch zu zwei unterschiedlichen Aminotermini. Hier wird zwischen ΔN- und TA-Isoformen unterschieden. Im Falle von p63 treten zwei dominante Isoformen auf, ΔNp63α und TAp63α. Während ΔNp63α eine Rolle in der Differenzierung von Haut spielt, wurde TAp63α bisher ausschließlich in Eizellen gefunden. Dort hat es die Funktion eines Sensors, der die genetische Integrität der weiblichen Keimbahn sicherstellt. Es liegt in Eizellen in hoher Konzentration vor, allerdings in einer komplett inaktiven Form. Werden Schäden im der Erbgut der Eizelle festgestellt, so wird das Protein aktiviert und kann so den Prozess des Zelltods der Eizelle einleiten. Mutationen oder das Fehlen des p63-Genes führen zu Missbildungen während der Entwicklung und zu unvollständig ausgebildeter Haut. Im Falle von p73 gibt es ebenfalls mehrere Isoformen, wobei die Funktionen und Relevanzen der einzelnen Isoformen bisher nicht komplett geklärt werden konnten. Eine p73-negative Maus hat einen diffusen Phänotyp, der sich durch niedrige Intelligenz, fast sterile Männchen und chronische bronchiale Infektion auszeichnet. Generell sind alle Mitglieder der p53-Familie tetramere Proteine und sind nur in diesem Zustand auch aktiv. Die einzige Ausnahme stellt, wie oben beschrieben, TAp63α dar, das in einem inaktiven dimeren Zustand vorliegt und nur durch Modifikation durch zwei unabhängige Kinasen aktiviert werden kann. Dabei geht es in den tetrameren Zustand über und ist daraufhin aktiv.
Alle drei Proteine haben (anhand ihrer längsten Isoform beschrieben) eine konservierte Domänenstruktur. Am Aminoterminus befindet sich zunächst die transaktivierende-Domäne (TAD), die für Interaktionen mit transkriptionellen Koaktivatioren relevant ist. Danach folgt die stark konservierte Desoxyribonukleinsäure (DNA) bindende Domäne (DBD). Sie stellt sicher, dass der Transkriptionsfaktor sequenzspezifisch an der richtigen Stelle auf die DNA bindet. Weitergehend folgt die Tetramerisierungsdomäne (TD), welche den oligomeren Zustand des Proteins herstellt. Im Falle von p53 endet das Protein an dieser Stelle, bei p63 und p73 folgen noch das Sterile-Alpha-Motiv (SAM) und die Transkription-inhibierende Domäne (TID). Die SAM Domäne wird generell als Interaktionsdomäne beschrieben, es konnte allerdings bis dato kein Interaktionspartner gefunden werden. Die TID hat einen negativen Einfluss auf die transkriptionelle Aktivität der Proteine. Im Falle von TAp63α interagiert sie zusätzlich mit der TAD um den Dimeren Zustand zu stabilisieren.
Histon Acetylasen
Die Acetylierung von Histonen ist neben deren Methylierung die wichtigste Modifikation. Sie ist essenziell für die Transkription innerhalb aller eukaryontischen Lebewesen, da sie durch die Modifikation von Histonen die DNA für die DNA-Polymerase II zugänglich macht. Es gibt insgesamt fünf verschiedene, nicht näher miteinander verwandte Familien von Histonacetylasen. Diese Studie beschäftigt sich ausschließlich mit der KAT3 Familie, bestehend aus den Proteinen p300 und CBP. Beide sind hochgradig konserviert, in gefalteten Bereichen der Proteine erreicht die Sequenzidentität fast 100%. Beide Proteine scheinen sehr ähnliche Aufgaben zu erfüllen, die jedoch nicht komplett identisch sind. Die Fehlfunktion von einem Allel von CBP führt zum Krankheitsbild des Rubinstein-Taybi-Syndrom (RTS), während ein Mangel an p300 sich in Mäusen auf das Gedächtnis auswirkt. Der komplette Verlust beider Allele eines der Proteine ist immer tödlich, genauso wie auch Verlust jeweils eines Allels bei beiden Proteinen. Insgesamt vier unabhängige Domänen in p300/CBP sind in der Lange die transaktivierende Domänen der p53-Familie zu binden. Bei zwei der Domänen handelt es sich um Zinkfinger-Proteine (Taz1 und Taz2), die anderen beiden sind kleine, ausschließlich α-helikale Domänen (Kix und IBiD).
Diese Studie beschäftigt sich mit der Lösung von Strukturen von der transaktivierenden Domäne von p63 und p73 mit der p300-Domäne Taz2. Außerdem wurden die Auswirkungen von direkten Acetylierungen von TAp63α charakterisiert und der Effekt von einem potenten p300/CBP Inhibitor auf Oozyten unter genotoxischem Stress analysiert. Zusätzlich wurde die Phosphorylierungskinetiken von Tap63α wärend der Aktivierung durch Kinasen untersucht.
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Drug-induced liver injury (DILI) has become a major problem for patients and for clinicians, academics and the pharmaceutical industry. To date, existing hepatotoxicity test systems are only poorly predictive and the underlying mechanisms are still unclear. One of the factors known to amplify hepatotoxicity is the tumor necrosis factor alpha (TNFα), especially due to its synergy with commonly used drugs such as diclofenac. However, the exact mechanism of how diclofenac in combination with TNFα induces liver injury remains elusive. Here, we combined time-resolved immunoblotting and live-cell imaging data of HepG2 cells and primary human hepatocytes (PHH) with dynamic pathway modeling using ordinary differential equations (ODEs) to describe the complex structure of TNFα-induced NFκB signal transduction and integrated the perturbations of the pathway caused by diclofenac. The resulting mathematical model was used to systematically identify parameters affected by diclofenac. These analyses showed that more than one regulatory module of TNFα-induced NFκB signal transduction is affected by diclofenac, suggesting that hepatotoxicity is the integrated consequence of multiple changes in hepatocytes and that multiple factors define toxicity thresholds. Applying our mathematical modeling approach to other DILI-causing compounds representing different putative DILI mechanism classes enabled us to quantify their impact on pathway activation, highlighting the potential of the dynamic pathway model as a quantitative tool for the analysis of DILI compounds.
The centrosome linker proteins C-Nap1, rootletin, and CEP68 connect the two centrosomes of a cell during interphase into one microtubule-organizing center. This coupling is important for cell migration, cilia formation, and timing of mitotic spindle formation. Very little is known about the structure of the centrosome linker. Here, we used stimulated emission depletion (STED) microscopy to show that each C-Nap1 ring at the proximal end of the two centrioles organizes a rootletin ring and, in addition, multiple rootletin/CEP68 fibers. Rootletin/CEP68 fibers originating from the two centrosomes form a web-like, interdigitating network, explaining the flexible nature of the centrosome linker. The rootletin/CEP68 filaments are repetitive and highly ordered. Staggered rootletin molecules (N-to-N and C-to-C) within the filaments are 75 nm apart. Rootletin binds CEP68 via its C-terminal spectrin repeat-containing region in 75-nm intervals. The N-to-C distance of two rootletin molecules is ∼35 to 40 nm, leading to an estimated minimal rootletin length of ∼110 nm. CEP68 is important in forming rootletin filaments that branch off centrioles and to modulate the thickness of rootletin fibers. Thus, the centrosome linker consists of a vast network of repeating rootletin units with C-Nap1 as ring organizer and CEP68 as filament modulator.