Die Familie der homooligomeren Flavin-enthaltenden Cystein-Decarboxylasen (HFCD) kann in zwei Unterfamilien eingeteilt werden. Die in dieser Arbeit untersuchten Proteine EpiD und MrsD gehören zusammen mit MutD zu den LanD-Proteinen. Diese katalysieren einen wichtigen Reaktionsschritt, eine oxidative Decarboxylierung eines C-terminalen Cysteins, in der Biosynthese der Lantibiotika Epidermin, Mersacidin und Mutacin III. Zwei weitere Mitglieder der HFCD-Proteine, das bakterielle Dfp und HAL3 aus Arabidopsis thaliana (AtHAL3) katalysieren die nicht oxidative Decarboxylierung von (R)-4'-Phospho-N-Panthenoylcystein zu 4'-Phosphopantethein in der Biosynthese des bei allen Organismen sehr wichtigen Coenzyms A (CoA). Die Kristallstrukturen der Proteine EpiD und MrsD sowie der inaktiven Mutante EpiD-H67N im Komplex mit dem Pentapeptid DSYTC wurden gelöst. Die Homododekamere der untersuchten Proteine bilden Partikel mit einer 23-Punktsymmetrie, mit auf den Spitzen eines Tetraeders lokalisierten Trimeren. Die Monomere besitzen eine Rossmann-artige Tertiärstruktur, wobei sich die Wechselwirkungen dieser Tertiärstruktur, die häufig von dinukleotidbindenden Proteinen verwendet wird, mit den Kofaktoren FMN und FAD bei den HFCD-Proteinen deutlich von denen anderer Flavoproteine unterscheiden. Die beiden charakteristischen Sequenzmotive dieser Proteinfamilie, PASANT und PXMNXXMW, sind an der Kofaktorbindung, Wechselwirkungen mit dem Substrat und wichtigen strukturellen Eigenschaften beteiligt. Die Struktur des Komplexes von EpiD-H67N mit DSYTC und ein modellierter Komplex von MrsD mit den fünf C-terminalen Aminosäuren des Vorläuferpeptides von Mersacidin (MrsA) erklären die unüblich breite Substratspezifität von EpiD und die Unterschiede zu derjenigen von MrsD. Die von den Proteinen der HFCD-Familie katalysierte Decarboxylierung eines C-terminalen Cysteins zeigt einen neuartigen Reaktionsmechanismus, der sich deutlich von den bisher bekannten Decarboxylierungen und Dehydrierungen unterscheidet. Als ersten Reaktionsschritt kann man eine Oxidation der Thiolgruppe annehmen, da nur diese Kontakt mit dem Kofaktor hat. Die entstehende beta-Thioaldehyd-Carbonsäure decarboxyliert danach analog zu den beta-Keto-Carbonsäuren wahrscheinlich spontan.     «

Die Familie der homooligomeren Flavin-enthaltenden Cystein-Decarboxylasen (HFCD) kann in zwei Unterfamilien eingeteilt werden. Die in dieser Arbeit untersuchten Proteine EpiD und MrsD gehören zusammen mit MutD zu den LanD-Proteinen. Diese katalysieren einen wichtigen Reaktionsschritt, eine oxidative Decarboxylierung eines C-terminalen Cysteins, in der Biosynthese der Lantibiotika Epidermin, Mersacidin und Mutacin III. Zwei weitere Mitglieder der HFCD-Proteine, das bakterielle Dfp und HAL3 aus Ar...     »

The family of homooligomeric flavin containing cystein decarboxylases (HFCD) can be divided into two subfamilies. The proteins investigated in this work, EpiD and MrsD belong together with MutD to the so-called LanD proteins. They catalyse an important reaction step, an oxidative decarboxylation of a C-terminal cysteine, during the biosynthesis of the lantibiotics epidermin, mersacidin and mutacin III, respectively. Two further members of the HFCD proteins, the bacterial Dfp and HAL3 from Arabidopsis thaliana (AtHAL3) catalyse the non-oxidative decarboxylation of (R)-4'-phospho-N-panthenoylcysteine to 4'-Phosphopantetheine during the biosynthesis of coenzyme A, which is very important for all organisms. The crystal structure of the proteins EpiD and MrsD, as well as the inactive mutant EpiD-H67N complexed with the pentapeptide DSYTC could be solved. The homododecamers of the investigated proteins build up particles of 23 point symmetry, with trimers localised at the vertices of a tetrahedron. The protomers show a typical Rossmann fold but the interactions of this tertiary structure, which is used often by dinucleotide binding proteins, with the cofactors FMN and FAD within the HFCD family differs clearly from that of other flavoproteins. The two characteristic sequence motifs PASANT and PXMNXXWM of this family are involved in binding of the cofactor and substrate as well as important structural features. The structure of the complex of EpiD with DSYTC and a modeled complex of MrsD with the five C-terminal amino acids of the precursor of mersacidin MrsA explain the unusually broad substrate specificity of EpiD and the differences to MrsD. The catalysed decarboxylation of a C-terminal cysteine shows a novel mechanism, which differs clearly from the known decarboxylations and dehydrogenations. As a first step one could suggest the oxidation of the thiol group, because it is the only one which is in contact with the cofactor. The evolving beta-thioaldehyd might decarboxylate spontaneously like the analogous beta-ketocarbonic acids.     «

The family of homooligomeric flavin containing cystein decarboxylases (HFCD) can be divided into two subfamilies. The proteins investigated in this work, EpiD and MrsD belong together with MutD to the so-called LanD proteins. They catalyse an important reaction step, an oxidative decarboxylation of a C-terminal cysteine, during the biosynthesis of the lantibiotics epidermin, mersacidin and mutacin III, respectively. Two further members of the HFCD proteins, the bacterial Dfp and HAL3 from Arabid...     »