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Ligand binding properties of the siderocalins NGAL and Q83
Matthias Hötzinger
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Robert Konrat
DOI
10.25365/thesis.14033
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29287.70681.817965-4
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
NGAL ist ein 178 Aminosäuren großes, menschliches Protein und gehört zur Familie
der Siderocaline. Es kommt in sekretorischen Vesikeln von Granulozyten vor.
Siderocaline sind eine Unterklasse der Lipocaline. Charakteristisch für diese
Proteinfamilie sind zum Einen die Struktur eines acht-strängigen, antiparallelen Β -
Fasses und zum Anderen die Bindung von kleinen, hydrophoben Liganden.
Siderocaline im Speziellen binden als Liganden sogenannte Siderophore, eisenkomplexierende
Moleküle. Siderophore werden beispielsweise von Bakterien
ausgeschieden, um Eisen ihres Wirtes zu komplexieren und daraufhin wieder in die
Zelle transportiert zu werden. Eisen wirkt auf Grund seiner geringen
Bioverfügbarkeit oft als limitierender Faktor bakteriellen Wachstums. Siderocaline
können in diesem Zusammenhang als Mechanismus des Wirtsorganismus verstanden
werden, um dieser Eisendepletion entgegen zu wirken. NGAL spielt neben der eben
beschriebenen Funktion bei bakteriellen Infektionen aber eine Rolle bei einer
Vielzahl anderer Prozesse, wie z. B. Entzündungen, Eisentransport,
Gewebsdifferenzierung und Krebsentwicklung. Es scheint sehr wahrscheinlich, dass
diese Funktionen direkt mit den Ligandenbindungseigenschaften zusammenhängen.
Q83 ist das Wachtel-Homologe von NGAL und ist als solches in der Forschung
wesentlich weniger behandelt. Trotz sehr geringer Sequenzidentität mit NGAL
weist es vergleichbare Funktionen und sehr ähnliche Struktureigenschaften auf. Die
bei Q83 kürzlich entdeckte, zweite Bindungsstelle für Fettsäuren (46), könnte sich
als wesentlicher Faktor zur Aufklärung seiner pleiotropen Funktionen erweisen.
In der vorliegenden Diplomarbeit wurden die Bindungseigeinschaften von NGAL und
Q83 zu verschiedenen Liganden untersucht. Fluoreszenzquenching Experimente und
makromolekulare NMR Spektroskopie an bestimmten Mutanten von Q83 lieferten
detaillierte Informationen des Siderophor-Bindungsmechansimus. Außerdem konnte
die Fettsäure-Bindungsstelle von Q83 charakterisiert werden. Ein Einblick in die
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Dynamik von freiem NGAL und des Protein-Ligand-Komplexes, mit dem Siderophor
Enterobactin gebunden, wurde ebenfalls mittels NMR spektroskopischer
Untersuchungen gegeben.
Abstract
(Englisch)
NGAL is a 178 amino acids human protein, belonging to the siderocalin family. It is
found in secretory vesicles of granulocytes. Siderocalins are a subclass of lipocalins.
This protein family is characterized structurally by the formation of an eightstranded,
antiparallel β-barrel and functionally by binding small, hydrophobic
ligands. The ligands of siderocalins are so called siderophores, iron-chelating
molecules. Siderophores are for instance excreted by bacteria, in order to capture
iron from its host and transport it into the cell. Due to its low bioavailability, iron
often accounts as limiting factor for bacterial growth. In this context siderocalins
can be seen as the host’s mechanism to counteract iron-depletion. Besides this
function in bacterial infection, NGAL plays a role in various other processes, e.g.
inflammation, iron delivery, tissue differentiation and cancer progression. These
functions are most likely intimately connected to the ligand binding properties.
Q83 is the quail homologue of NGAL and is essentially less examined. In spite of low
sequence identity with NGAL, it shows very similar functions and an analog
structural fold. Q83’s newfound secondary binding site for fatty acids (46) might be
a key feature for deciphering its pleiotropic functions.
In this thesis the binding properties of NGAL and Q83 to different ligands were
investigated. Fluorescence quenching experiments and macromolecular NMR
spectroscopy on various Q83 mutants provided detailed information on the
siderophore binding mechanism. Furthermore the fatty acid binding site of Q83 was
characterized. An insight into the dynamics of free NGAL and the protein-ligand
complex, with the bound siderophore enterobactin, was given using NMR
spectroscopic methods.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Lipocalin Siderocalin Siderophore NGAL Q83 Biomolecular NMR Spectroscopy
Schlagwörter
(Deutsch)
Lipocalin Siderocalin Siderophor NGAL Q83 Biomolekulare NMR Spektroskopie
Autor*innen
Matthias Hötzinger
Haupttitel (Englisch)
Ligand binding properties of the siderocalins NGAL and Q83
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
95 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Robert Konrat
AC Nummer
AC08507022
Utheses ID
12609
Studienkennzahl
UA | 419 | | |