Die Metalloproteinasen repräsentieren eine bedeutende Klasse innerhalb der proteolytischen Enzyme. Eine der Superfamilien sind die Gluzinkine. Dazu gehören unter anderem die beiden Enzyme Dipeptidyl Carboxypeptidase (Dcp, E. coli) und Angiotensin I Conversions Enzym (ACE), wobei letzteres in der Blutdruckregulation eine wichtige Rolle einnimmt. Es hat sich gezeigt, dass die bakterielle Proteinase Dcp von E. coli trotz fehlender Sequenzhomologie zu ACE eine sehr ähnliche Substratspezifität besitzt. Dcp kann somit als einfaches Modellsystem zur Inhibitorentwicklung für ACE benutzt werden, und eine Kristallstruktur könnte wichtige Eigenheiten des aktiven Zentrums von derartigen Dipeptidyl Carboxypeptidasen aufzeigen. Die Fusion des Dcp-Gens mit der bakteriellen OmpA-Signal-sequenz führte zu hohen Ausbeuten im Periplasma von E. coli. Um geeignete Inhibitoren für die Kokristallisation mit Dcp zu finden, wurden IC50-Werte für eine Reihe von kommerziell erhältlichen ACE-Inhibitoren mit Dcp bestimmt. Die erhaltenen Kristalle erwiesen sich jedoch bislang als fehlgeordnet und nicht zur Strukturlösung mittels Röntgenbeugung geeignet. Die Matrix Metalloproteinasen-Familie (MMP-Familie), die der Superfamilie der Metzinkine angehört, ist nicht nur entscheidend an den wachstums- und differenzierungsbedingten Umbauten des extrazellulären Gewebes beteiligt, sondern spielt auch in einer Reihe von Krankheiten wie Rheumatoide Arthritis, Lungenemphysem und Krebswachstum und -metastasierung eine wichtige Rolle. Für die Entwicklung wirkungsvoller und nebenwirkungsarmer Inhibitoren gegen einzelne Mitglieder der MMP-Familie ist es nötig, die genauen Eigenschaften der einzelnen Enzyme zu kennen, zu verstehen und gegen andere Familienmitglieder und verwandte Enzyme abzugrenzen. In dieser Arbeit wurden die Kristallstrukturen von den katalytischen Domänen dreier MMPs und eines TIMPs (tissue inhibitor of matrix metalloproteinases) aufgeklärt: MMP-12 (Makrophagen Elastase, Metalloelastase), MMP-16 (Membrane-Type3-MMP, MT3-MMP), MMP-13 (Kollagenase-3) und TIMP-2. Während MMP-12 und -16 den Inhibitor Batimastat (ein Hydroxamsäurederivat) im aktiven Zentrum gebunden haben, wurde die Struktur von MMP-13 im Komplex mit TIMP-2 gelöst. Die Auflösung von 1.09 Å für MMP-12 (E219A, PDB-Eintrag: 1jk3) stellt die höchste erzielte Auflösung aller bisher publizierten MMP-Strukturen dar. Die hydrophobe Oberfläche von MMP-12 könnte unter anderem die Spezifität für das ebenfalls hydrophobe Protein Elastin erklären. Ein Vergleich des aktiven Zentrums mit dem von anderen MMPs zeigt anschaulich die Determinanten für die Erkennung des Serpin alpha-1-PI. So sind die S3- und S1-Spezifitätstasche sehr gut geeignet, die entsprechenden Reste des Serpins (Ala in P3 und Phe in P1) zu binden. Die S1'-Tasche ähnelt einem Tunnel, der sich durch das ganze Enzym erstreckt. In diesem S1'-Tunnel befindet sich ein Threonin (Thr215), das bei anderen MMPs ein hochkonserviertes Valin ist. Unter allen MMPs ist MMP-12 die einzige, die Substrate mit einem Arginin an P1'-Position umsetzen kann. Das oben beschriebene Thr215 in der MMP-12-Struktur ist an einer Position, an der es Wasserstoffbrücken zu der Guanidiniumgruppe der Argininseitenkette ausbilden kann und dürfte somit der Grund für diese einzigartige MMP-12-Substratspezifität sein. Die Struktur von MT3-MMP zeigt die typische MMP-Faltung und ähnelt der Struktur von MT1-MMP. Der auffälligste Unterschied der beiden MT-MMP-Strukturen liegt jedoch in der deutlich anderen Konformation des MT-loops. Bei MT3-MMP ist diese Oberflächenschleife weit nach vorne in Richtung des aktiven Zentrums gebogen. Da sich die Anzeichen mehren, dass dieser MT-loop der MT-MMPs bei der Aktivierung von ProMMP-2 eine wichtige Rolle spielt, wurden in der vorliegenden Arbeit zwei Modelle entwickelt, welche die möglichen Interaktionen zwischen MT3-MMP und ProMMP-2 zeigen. Dabei konnten je nach betrachteten Spaltstelle intensive Kontaktmöglichkeiten zwischen den beiden Molekülen nachgewiesen werden, jedoch ist nur bei einem Modell eine Beteiligung des MT-loops möglich. Die Struktur des Komplexes aus humaner MMP-13 (Kollagenase-3) und bovinem TIMP-2 weist einige Besonderheiten gegenüber den bekannten MMP/TIMP-Komplexen und auch gegenüber den Einzelkomponenten auf. Bei der MMP-13-Struktur aus der vorliegenden Arbeit bildet der N-Terminus eine Salzbrücke zur Helix hC, was das N-terminale Peptid als Faltblattstrang zum Anfang des Spezifitäts-loops stabilisiert. Bei einer Überlagerung der beiden Komplexe aus MMP-13/TIMP-2 mit MT1-MMP/TIMP-2 ist zu erkennen, dass sich die TIMP-2-Moleküle in ihrer Lage zu den MMPs doch deutlich unterscheiden, was die Flexibilität der TIMP-Domänen zueinander und bei der Bindung an eine MMP unterstreicht.
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Die Metalloproteinasen repräsentieren eine bedeutende Klasse innerhalb der proteolytischen Enzyme. Eine der Superfamilien sind die Gluzinkine. Dazu gehören unter anderem die beiden Enzyme Dipeptidyl Carboxypeptidase (Dcp, E. coli) und Angiotensin I Conversions Enzym (ACE), wobei letzteres in der Blutdruckregulation eine wichtige Rolle einnimmt. Es hat sich gezeigt, dass die bakterielle Proteinase Dcp von E. coli trotz fehlender Sequenzhomologie zu ACE eine sehr ähnliche Substratspezifität besitz...
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