Strukturelle und biochemische Charakterisierung von O-Carbamoyltransferasen

Abstract

O-Carbamoyltransferasen (O-CTasen) katalysieren die Carbamoylphosphat-abhängige Carbamoylierung verschiedener Sekundärstoffwechselprodukte, wie zum Beispiel Antibiotika. Im Gegensatz zu den bekannten Vertretern der N CTasen benötigen die O CTasen zusätzlich ATP als Co Substrat. Der zugrundeliegende Reaktionsmechanismus wurde anhand der O CTase TobZ, welche die Carbamoylierung des Aminoglykosid-Antibiotikums (AGA) Tobramycin durchführt, detailliert aufgeklärt. Dabei konnte die Bildung eines carbamoylierten AMP-Intermediates identifiziert werden. Des Weiteren wurde die Akzeptorspezifität von TobZ analysiert und zusätzlich bisher nicht-beschriebene AGA generiert, welche anschließend auf deren antibiotischer Wirkung hin untersucht wurden. Als weiteren Vertreter diente die putative O-CTase Mj1051 aus dem methanogenen Archaeon M. jannaschii. Dabei konnte die Röntgenkristallstruktur des Enzyms gelöst werden. Hinweise auf eine RNA-modifizierende Funktion von Mj1051 konnte durch die Co-Renigung von RNA-Molekülen erbracht werden.

O-Carbamoyltransferases (O-CTases) catalyse the carbamoylphosphate-dependent carbamoylation of several secondary metabolites such asantibiotics. In contrast to the well-known enzymes of the N CTase family, O-CTases possess an intriguing requirement for ATP as a co-substrate. The underlying reaction mechanism was investigated in detail using the enzyme TobZ, responsible for the carbamoylation of the aminoglycoside-antibiotic (AGA) tobramycin. The existence of a carbamoylated AMP molecule as a reaction intermediate was revealed. The acceptor specificity of TobZ was analysed, and new AGA were generated and probed for their antibacterial activity. The putative O-CTase Mj1051 derived from the methanogenic archaea M. jannaschii was also studied and its crystal structure solved. Detection of co-purified RNA suggests a role in RNA modification.