Strukturelle und biochemische Studien zur Regulation der Stoffwechselsensoren und Signalenzyme lösliche Adenylatzyklase und lösliche Guanylat-zyklase.

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Wichtige Risikofaktoren für Herz/Kreislauferkrankungen sind Bluthochdruck, Diabetis und Fettleibigkeit. Sie illustrieren den Zusammenhang zwischen Kreislaufhomöostase, Ernährung und Stoffwechselregulation. Lösliche Adenylatzyklase (soluble adenylyl cyclase, sAC) und lösliche Guanylatzyklase (soluble guanylyl cyclase, sGC) sind intrazelluläre Signalenzyme, die durch zentrale Stoffwechselprodukte reguliert werden. sAC katalysiert die Bildung des ubiquitären ¿second messengers zyklisches Adenosinmonophosphat und wird durch Bikarbonat, acyliertes Coenzym A und Kalzium reguliert. sGC synthetisiert den Blutdruckregulator zyklisches Guanosinmonophosphat und wird durch ATP und Stickstoffmonoxid reguliert. Folglich übersetzen sAC und sGC Stoffwechselsignale und integrieren sie in das zelluläre Signalnetzwerk. sAC und sGC sind strukturell und mechanistisch verwandte Signalenzyme. Sie weisen homologe katalytische Domänen auf, die mit verschiedenen Regulationsdomänen verknüpft sind. Wir planen, die Regulation der katalytischen Domänen von sAC und sGC durch die regulatorischen Domänen und durch Stoffwechselintermediate auf molekularer Ebene zu untersuchen. Wir werden Kristallstrukturen der katalytischen Domänen in Komplex mit regulatorischen Stoffwechselprodukten lösen, um die Unterschiede zu identifizieren, die für die jeweilige Substrat- und Regulator-Spezifität verantwortlich sind. Wir werden diese Unterschiede für die Struktur-basierte Entwicklung neuer Regulatoren verwenden, die für in vivo- Studien und die Wirkstoffentwicklung von Bedeutung wären. Wir planen außerdem, die regulatorischen Domänen von sAC und sGC zu identifizieren, zu charakterisieren und zu kristallisieren. Die Kristallstrukturen dieser Domänen mit gebundenen Liganden werden wir verwenden, um ihre Regulationsmechanismen zu identifizieren und um neue Ansätze zu entwickeln, wie sie mittels synthetischer Substanzen reguliert werden können. Unsere Regulationsmodelle und viel versprechende Substanzen werden wir dann in biochemischen Experimenten mittels Interaktions- und Aktivitätstests sowie durch ortsspezifische Mutagenese überprüfen.