Charakterisierung zentraler Enzyme des Ajmalin-Biosynthesewegs aus Rauvolfia serpentina

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Enzyme des Ajmalin-Biosynthesewegs aus der Arzneipflanze Rauvolfia serpentina charakterisiert. Dabei handelt es sich einerseits um die Vomilenin-Reduktase und die 2β-(R)-1.2-Dihydrovomilenin-Reduktase. Es wurden Versuche unternommen, diese Enzyme heterolog zu exprimieren. Eine aktive Expression konnte nicht durchgeführt werden, was mit großer Wahrscheinlichkeit auf Modifikationen in der Ursprungspflanze zurückzuführen ist. Allerdings bestehen auch Zweifel, ob es sich bei den Volllängenklonen um die cDNAs der Reduktasen handelte. Zum anderen sollte eine Strukturaufklärung der Vinorin-Synthase im Komplex mit Liganden vorgenommen werden. Die erhaltenen Proteinkristalle stellten sich als derart empfindlich gegenüber Schwankungen ihrer Umgebung und dem Eindringen von Liganden in den Kristall dar, dass eine erfolgreiche Komplexierung und strukturelle Beschreibung durch Röntgenstrukturanalyse nicht möglich war. Weiterhin wurden Mutagenesestudien mit der Vinorin-Synthase durchgeführt. Eine Asparaginsäure bildet eine Salzbrücke mit einem Arginin. Alle durchgeführten Mutationen dieser Asparaginsäure führten zu einem absoluten Aktivitätsverlust. Eine Funktion des Asparagins 277, als mitverantwortliche Aminosäure zur Bindung des Co-Substrats Acetyl-CoA, konnte anhand der Mutagenesestudien ausgeschlossen werden. Weiterhin ist es erstmals gelungen die Polyneuridinaldehyd-Esterase aus Rauvolfia serpentina zu kristallisieren. Schließlich konnte die dreidimensionale Struktur der Polyneuridinaldehyd-Esterase aufgeklärt werden. Es folgte eine Beschreibung struktureller Eigenschaften der Polyneuridinaldehyd-Esterase im Vergleich zu einem Modell, welches durch ein „Molecular Modelling“ erstellt wurde.

The ajmaline biosynthesis in Rauvolfia serpentina is catalyzed by different types of enzymes. Two of them are the reductases 2β-(R)-1.2- Dihydrovomilenine-Reductase and Vomilenine-Reductase. Experiments for heterologous expression of these Enzymes were accomplished in three different expression organisms. An active expression could not be achieved successfully. Another enzyme which was characterized was the Vinorine-Synthase. The exact position of the ligands Vinorine and CoA during catalysis should be identified. Due to the extraordinary sensitivity of Vinorin Synthase crystals a complexation with both ligands was not possible. Thus a description of the ligand’s position in the active site of the enzyme was not possible by X-ray structure analysis. In addition mutagenesis studies with Vinorin Synthase were made to have a better understanding of the role of specific amino acids for enzyme activity. The Polyneuridine-Aldehyde-Esterase from Rauvolfia serpentina was crystallized for the first time and its 3D-structure could be solved by X-ray structure analysis and molecular replacement. The enzyme belongs to the α/β-Hydrolase enzyme family.