Structure-function studies of enzymes of the xanthine oxidase family

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Die Xanthin-Dehydrogenase/Oxidase (XDH/XO) ist ein komplexes Protein, das neben zwei [2Fe2S] Clustern, FAD und den MolybdänKofaktor als katalytisch aktive Zentren enthält. Das Enzym katalysiert die Oxidation von Hypoxanthin und Xanthin zu Harnsäure bei gleichzeitiger Reduktion von NAD+ oder molekularem Sauerstoff. XDHs/XOs unterliegen großem medizinischem Interesse, da diese Enzyme sowohl an der Bildung von Gicht und Hyperuricaemie, als auch an post-ischaemischen Gewebeschädigungen beteiligt sind. Die kürzlich gelösten Kristall-Strukturen der mammalischen XDH/XO aus Kuhmilch, als auch der sehr homologen bakteriellen XDH aus Rhodobacter capsulatus legen die Grundlage für eine detaillierte Struktur-Funktionsanalyse dieses komplexen Enzymsystems. Das bakterielle Enzym ist bisher die einzige XDH, die reproduzierbar in großem Maßstab in aktiver Form aus dem heterologen Wirt Escherichia coli gereinigt werden kann. Heterologe Expressionssysteme für eukaryontische XDH lieferten dagegen hauptsächlich inaktive Enzymformen, so dass die bakterielle XDH ein ideales System für gerichtete Mutagenesen darstellt. Dadurch kann die R. capsulatus XDH als Modellsystem für Studien zur Funktionsweise des Enzyms dienen und die Basis zum Design von neuen Inhibitoren für mammalische XDHs/XOs legen. Neben Mutationsanalysen der R. capsulatus XDH soll als ein weiteres Enzym aus der Familie der Xanthin Oxidasen die Aldehyd Oxidase aus der Maus charakterisiert werden und mit dem Mechanismus der XDH/XO verglichen werden.