Untersuchungen zu einer Methyltransferase und verschiedenen Prenyltransferasen aus dem Sekundärstoffwechsel von Aspergillus-Arten

In der vorliegenden Dissertation wurden Arbeiten zur biochemischen Charakterisierung der SAM-abhängigen N-Methyltransferase FgaMT aus A. fumigatus sowie verschiedener putativer Prenyltransferasen unterschiedlicher Aspergillen durchgeführt. Das putative Gen fgaMT, bestehend aus zwei Exons von 272 bp und 748 bp, getrennt durch ein Intron von 72 bp, wurde in dem Biosynthese-Gencluster von Fumigaclavin C in A. fumigatus identifiziert. Das abgeleitete Protein FgaMT besteht aus insgesamt 339 Aminosäuren und weist eine molekulare Masse von 38.1 kDa auf. Der codierende Abschnitt dieses Gens konnte per PCR erfolgreich aus cDNA amplifiziert werden. Nach Klonierung in den Expressionsvektor pQE60 wurde das entstandene Expressionskonstrukt pOR15 mit dem Stamm E. coli XL1 Blue MRF´ transformiert. Die Überexpression des fgaMT-Gens erfolgte bei 37 oC, 200 rpm und 1 mM IPTG Endkonzentration im Medium. Das lösliche FgaMT-His6 wurde bis zur Homogenität aufgereinigt und biochemisch charakterisiert. Mit Hilfe von Enzymassays wurde bewiesen, dass FgaMT in Anwesenheit von S-Adenosylmethionin (SAM) als Co-Substrat die Methylierung von 4-Dimethylallyltryptophan (4-DMAT) an der NH2-Gruppe katalysiert. Das Produkt dieser Reaktion wurde durch Analyse per NMR und Massenspektroskopie eindeutig als 4-Dimethylallylabrin nachgewiesen. Da FgaMT 4-DMAT, nicht aber L-Tryptophan als Substrat akzeptierte, konnte nachgewiesen werden, dass FgaMT den zweiten Schritt in der Biosynthese von Ergotalkaloiden katalysiert. Das Enzym benötigt keine Metall-ionen für seine enzymatische Aktivität und weist eine relativ hohe Substratspezifität gegenüber einem Prenylrest an Position C-4 des Indolringes auf. Derivate von 4-DMAT mit Modifikationen am Indolring wurden ebenfalls von FgaMT als Substrate akzeptiert. Sogar 4-Methyl-L-tryptophan wurde von FgaMT umgesetzt. Die KM-Werte wurden mit 0,12 mM für 4-DMAT und 2,4 mM für SAM bestimmt. Die Umsatzrate betrug 2,0 s-1. Durch eine Analyse über FPLC konnte gezeigt werden, dass FgaMT als Homodimer wirkt. Das putative Prenyltransferasegen NFIA_112230 konnte von dem von mir betreuten Bachelor-Studenten Andreas Schweitzer aus genomischer DNA von N. fischeri NRRL181 amplifiziert und mit dem Expressionsvektor pQE60 kloniert werden. In Fortführung dieses Projektes wurde das Gen von mir in dem Stamm E. coli XL1 Blue MRF´ erfolgreich überexprimiert und das abgeleitete, rekombinante Enzym EAW20699-His6 isoliert. Das Protein konnte mit einer molekularen Masse von ca. 50 kDa fast bis zur Homogenität aufgereinigt werden. Um das natürliche Substrat von EAW20699 zu identifizieren, wurde eine Vielzahl von Enzymassays mit unterschiedlichen Substraten durchgeführt und über HPLC analysiert. Bisher konnte jedoch noch keine Prenylierungsaktivität nachgewiesen werden. Die beiden putativen Prenyltransferasegene AN9229-PT1 und AN9229-PT2 aus A. nidulans sowie das Gen ATEG_03092.1 aus A. terreus, ebenfalls für eine Prenyltransferase kodierend, wurden erfolgreich durch Fusions-PCR aus Fosmiden bzw. gDNA der entsprechenden Aspergillus-Stämme amplifiziert und in die beiden E. coli Expressionsvektoren pQE60 und pHis8, sowie im Falle von AN9229-PT2, auch in den Hefevektor pYES2/NT C kloniert und mit den entsprechenden Wirtsstämmen transformiert. Die erfolgreiche Klonierung konnte durch die Sequenzierung der Expressionskonstrukte bei allen drei Prenyltransferasegenen verifiziert werden. Die Überexpression der Gene war in dem für die Expression von pQE60-Konstrukten optimierten Wirtsstamm E. coli M15 [pREP4] ebenfalls erfolgreich, wobei die überproduzierten Proteine jedoch anscheinend zu “inclusion bodies“ aggregierten, ausfielen und nicht mehr ohne Weiteres isoliert und gereinigt werden konnten. Im Falle der Überexpression von AN9229-PT2 konnte aber durch Kultivierung unter sehr milden Bedingungen (niedrige Kultivierungstemperatur und Dauer, Induktion durch geringe IPTG-Konzentration) bzw. durch Aufreinigung mit Laurylsarcosin, das Protein in geringer Menge isoliert werden. Die Enzymassays mit den so gewonnenen Proteinen, wie auch durchgeführte Assays mit dem Rohextrakt, zeigten bisher aber noch keine Prenyltransferaseaktivität. Auch Enzymassays mit Rohextrakten der beiden anderen Prenyltransferasen AN9229-PT1 und EAU36366 wiesen auf keine enzymatische Aktivität hin