In vitro- und in vivo-Charakterisierung der humanen Carnitin-Palmitoyltransferase 2

Abstract

Fettsäuren werden durch das CPT-System in die Matrix zur ß-Oxidation transportiert. Das CPT-System besteht aus 3 Proteinen CPT1, CACT und CPT2. Eine Fehlfunktion der CPT2 führt zu Störungen der ß-Oxidation. Ursächlich sind Mutationen im cpt2 Gen. Die prominenteste Mutation ist die Punktmutation S113L, welche häufig in Kombination mit Polymorphismen (V368I, M647V) auftritt. Mechanistische Studien mit rekombinanten Proteinen hinsichtlich des Einflusses der Mutationen auf Aktivität, Stabilität und Funktionalität bieten ein breites Forschungsfeld, da bisher nur Untersuchungen an Zell-Lysaten oder Homogenaten durchgeführt wurden. Das Wildtyp-Gen und ausgewählte Mutanten der cpt2 wurden generiert und in E.coli BL21 Zellen exprimiert. Die Proteine wurden mittels chromatographischer Techniken gereinigt und sowohl kinetisch als auch spektroskopisch charakterisiert. Die Affinität der CoA-Substrate steigt mit zunehmender Acyl-Kettenlänge. Die spezifische Aktivität der Varianten sinkt auf 25-70% im Vergleich zum Wildtyp. Die kinetische Stabilität der Varianten sinkt mit zunehmender Anzahl der Mutationen im Enzym und steigender Temperatur.

ß-oxidation occurs after transferring fatty acids into the matrix compartment under assistance of a CPT-system. The CPT-complex consists of 3 proteins CPT1, CACT and CPT2. A dysfunction of CPT2 leads to a common disorder of mitochondrial fatty acid oxidation. Molecular pathology of the disease is caused by modifications of the cpt2 gene. The most common mutation is the point mutation S113L which can often be found in combination with 2 polymorphisms (V368I, M647V). The influence of these mutations on activity, stability and functionality is still under active research as all mechanistic studies to characterize the CPT2 protein available to date have utilized cell lysates for this purpose. Human cpt2 wildtype gene and mutations were generated and expressed in E.coli cells. The proteins were purified by chromatographic strategies and characterized via kinetic and spectroscopic methods. The affinity rises with increasing chain length of CoA-substrates. The specific activity of the variants decreases to 25-70% compared to the wildtype. The kinetic stability of variants decreases with increasing numbers of mutations in the wildtype cpt2 gene and increasing temperature.