Design, Synthese und Stabilität von ß-Faltblatt Modellpeptiden

Abstract

WW Domänen, die nach zwei hoch konservierten Tryptophanresten (W) benannt sind, nehmen eine kompakte, drei-strängige β-Faltblattstruktur an. Aufgrund ihrer geringen Größe (30-40 Aminosäuren) sind sie geeignete Modellsysteme, um die Faltung und Stabilität von β-Faltblättern zu untersuchen. Eine wichtige Voraussetzung für diese Arbeit stellte die Entwicklung einer effizienten Strategie zum Aufbau der WW Domäne des Formin-bindenden Proteins 28 (FBP28 WW) sowie davon abgeleiteten Mutanten mittels Festphasenpeptidsynthese dar, die ebenfalls den Einbau von nicht-natürlichen Aminosäuren ermöglichte. Die schwierige Synthese dieser Sequenzen mußte wesentlich verbessert werden, was durch die Verwendung von X-Ser /X-Thr Oxazolidin-bausteinen (Pseudo-Proline) erreicht wurde. Das Ziel des zweiten Teils stellte die Analyse der Bedeutung von Wechselwirkungen der Aminosäure-Seitenketten auf die Stabilität der FBP28 WW Domäne dar. Dabei wurden die Synergien von ausgewählten Aminosäure-Seitenketten in einem Set von 5 möglicherweise miteinander wechselwirkenden Resten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß ein hydrophobes Paar (Tyr21/ Leu26) besonders wichtig für die Stabilität des β-Faltblatts war. Dennoch konnten diese Reste erstaunlicherweise durch hydrophilere, potentiell Wasserstoffbrücken bildende Glutamine ersetzt werden. Darüber hinaus führte der Einsatz von nicht-natürlichen Aminosäure-Bausteinen zusammen mit der 13C1(4)- Markierung einzelner Tyrosin Seitenketten zu neuen Erkenntnissen über den Charakter und die Bedeutung der Seitenketten-Wechselwirkung von Tyr19.

WW domains, named after two highly conserved tryptophan residues (W), adopt a compact, triple stranded β-sheet structure. Due to their small size (30-40 amino acids) they are suitable model systems to study β-sheet folding and stability. An essential requirement for the work was the development of an efficient strategy to assemble the WW domain of the formin-binding protein 28 (FBP28 WW) and related mutants via solid phase peptide synthesis, enabling also the integration of non-natural amino acids. The difficult synthesis of these sequences had to be substantially improved which was accomplished when X-Ser/ X-Thr oxazolidine building blocks (pseudo-prolines) were applied. The second part aimed at the impact of amino acid side chain interactions on the stability of the FBP28 WW domain. The synergies of selected amino acid side chains within a set of 5 potentially interacting residues were investigated. The results show that one hydrophobic pair (Tyr21/ Leu26) was particularly important for the stability of the β-sheet. Nevertheless, these residues could be replaced, surprisingly, by more hydrophilic, potentially hydrogen bond forming glutamines. Moreover, the use of non-natural amino acid building blocks together with site-directed 13C1(4)- labelling of distinct tyrosine side chains led to new findings about the nature and impact of the Tyr19 side chain interaction.