Strukturelle und funktionelle Untersuchungen zur Substratspezifität von Mitgliedern der Proteindisulfidisomerase-Familie

Abstract

Die Mitglieder der humanen Proteindisulfidisomerase (PDI)-Familie unterscheiden sich in der Anzahl und Zusammensetzung ihrer Thioredoxin (Trx)-ähnlichen Domänen. PDIs können katalytische (a-) und/oder nicht-katalytische (b-) Domänen enthalten. Ziel dieser Arbeit war die detaillierte Analyse der Substratspezifität neun verschiedener PDIs mit Hilfe von Hochdichte-Peptid-Arrays. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Trx-ähnlichen Domänen redox-unabhängig mit einer großen Anzahl an Peptiden interagieren und dass die b'-Domäne hierfür nicht essentiell ist. Anhand der Kristallstruktur der a'-Domäne von ERp46 konnten potentielle Substratbindungsstellen innerhalb der katalytischen Domänen identifiziert werden. Die untersuchten PDIs zeigten unterschiedliche Peptid-Bindungsspezifitäten, mit einer Präferenz für positiv geladene Peptide sowie aromatische Aminosäuren und Arginin. Mittels Epitop-Mapping wurden zudem Bindungsepitope auf mehreren PDI-Interaktionspartnern identifiziert. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten erstmals auf signifikante Unterschiede in der redox-unabhängigen Substratspezifität von PDIs hin.

Members of the human protein disulfide isomerase (PDI) family differ in the number and composition of their thioredoxin (Trx)-like domains. PDIs may contain catalytic (a-) and/or non catalytic (b-) domains. The aim of this thesis was the detailed analysis of the substrate specificity of nine different PDIs with the help of peptide micro-arrays. It could be demonstrated that the Trx-like domains were able to interact with a large number of peptides in a redox-independent manner and that the b'-domain was not essential. Based on the crystal structure of the a'-domain of ERp46 potential substrate binding sites could be identified within the catalytic domains. The PDIs studied displayed different peptide binding specificities with preference for basic peptides as well as aromatic amino acids and arginin. Moreover, binding epitopes on different PDI interaction partners could be identified using epitope mapping. The results of this thesis suggest for the first time significant differences in the redox-independent substrate specificity of PDIs.