dc.contributor.author
Rossmann, Maxim
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:35:43Z
dc.date.available
2009-01-30T12:24:16.526Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9434
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13633
dc.description.abstract
The amphiphilic saposins SapA, SapB, SapC, and SapD are glycoproteins acting
at the lipid-water interface of intra-lysosomal lipid vesicles. They are
required for the degradation of sphingolipids by glycosylceramidase and
ceramidase, respectively, and lipid-antigen presentation by CD1 molecule.
Despite the simple makeup of saposins, their mode of interaction with acidic
phospholipid-containing membranes is not fully understood. The present work
describes two high resolution crystal structures of human SapC that reveal an
unusual homodimer with swapped monomers in an ‘open’ configuration. This novel
form of SapC dimer provides new insights into protein-lipid interactions and
supports the “clip-on” model for SapC-induced vesicle fusion. Small-angle
X-ray scattering (SAXS) experiments with SapC have established the presence of
SapC oligomers in solution supporting the mechanism in which SapC forms
protein patches on the membrane surface and activates hydrolytic enzymes, of
which one is a human acid ceramidase (ASAH) - a lysosomal enzyme indispensable
for ceramide degradation in lysosomes as demonstrated by its association with
the fatal sphingolipid storage disorder Farber disease. In the present work
the X-ray crystal structure of the conjugated bile acid hydrolase (CBAH) from
C. perfringens – a near bacterial homologue to the b-subunit of the human acid
ceramidase – was determined at 1.6 Å resolution. Using CBAH structure, a
homology model for acid ceramidase was generated, and residues responsible for
the catalytic activity of the ASAH were proposed. The obtained 3D model of the
ASAH provides a new tool to better understand Farber disease and the catalytic
mechanism of the human acid ceramidase. On the basis of the crystal structure
of CBAH determined here and prior works on related bacterial enzymes, the
processing, catalytic mechanism, and substrate binding of this enzyme are
discussed. The structures of CBAH in complex with reaction products are the
first structures of a member of the choloylglycine-hydrolase family complexed
with products and provide a working model for engineering substrate specifity
of N-terminal nucleophillic hydrolases, a protein family employed in the
industrial production of b-lactam antibiotics.
de
dc.description.abstract
Saposine SapA, SapB, SapC und SapD sind amphiphile Glykoproteine und agieren
an der Lipid-Wasser-Phasengrenze. Sie sind unentbehrlich für den lysosomalen
Abbau von Sphingolipiden durch spezifische Hydrolasen und für die Präsentation
von Lipid-Antigenen durch CD1-Moleküle. Trotz des einfachen dreidimensionalen
Aufbaus der Saposine ist deren Interaktion mit azidischen
Phospholipid–Membranen noch nicht vollständig verstanden. Vorliegende Arbeit
beschreibt zwei Kristallstrukturen von menschlichem Saposin C (SapC), die eine
ungewöhnliche homodimere offene Konformation mit vertauschten Monomeren
(domain swapping) aufweisen. Diese neuartige Form der SapC Dimerisierung
bietet neue Einblicke in Protein-Lipid-Wechselwirkungen und unterstützt das so
genannte "clip-on" Modell, das für die durch SapC induzierte Vesikel-Fusion
vorgeschlagen wurde. Röntgen Klein-Winkel-Streuung (SAXS) Experimente mit SapC
zeigten das Vorhandensein von SapC Oligomeren in Lösung auf und unterstützten
so den Mechanismus, in dem SapC durch die Bildung von Protein-Pflastern an der
Phasengrenze hydrolytische Enzyme in Lysosom aktiviert. Die menschliche saure
Ceramidase (ASAH) gehört dazu als lysosomales Enzyms unentbehrlich für den
Abbau der Ceramide, wie der Zusammenhang zwischen dem Ausfall von der saueren
Ceramidase und der tödlichen Farber-Krankheit aufzeigt. In dieser Arbeit wurde
die Kristallstruktur der konjugierten Gallensäure hydrolase (CBAH) von C.
perfringens bestimmt, die homolog der -Untereinheit der ASAH ist. Die
Struktur der CBAH wurde verwendet, um ein Homologie-Modell für die saure
Ceramidase zu generieren sowie Aminosäuren vorzuschlagen, die verantwortlich
für die katalytische Aktivität von ASAH sind. Das erhaltene 3D Modell bietet
ein neues Werkzeug zum besseren Verständnis der Farber-Krankheit und des
katalytischen Mechanismus der menschlichen saueren Ceramidase. Auf der
Grundlage der in dieser Arbeit bestimmten CBAH-Kristallstruktur und anderen
Arbeiten an ähnlichen bakteriellen Enzymen werden Prozessierung, katalytisches
Mechanismus und Substrat-Bindung der CBAH diskutiert. Die Strukturen von CBAH-
Komplexen mit Reaktionsprodukten sind die ersten Strukturen dieser Art von
Choloylglycine-Hydrolasen. Sie bieten ein Modell für die Manipulation der
Substrat-Spezifität von so genannten Ntn-Hydrolasen, einer Protein-Familie,
die bei der industriellen Herstellung von -lactam Antibiotika verwendung
findet.
de
dc.format.extent
[8], 121 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
X-Ray crystal structure
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.title
Structural analysis of proteins of human sphingolipid metabolism
dc.contributor.contact
rossmann@mrc-lmb.cam.ac.uk
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. W. Saenger
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. V. Haucke
dc.date.accepted
2008-04-11
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000005498-7
dc.title.translated
Strukturelle Untersuchungen von Proteinen des humanen Sphingolipid-
Stoffwechsels
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000005498
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000006461
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access