Kohlenhydrate: Struktur und Funktion
Kohlenhydrate sind die größte Ressource an Energie und Kohlenstoff in der Umwelt. Kohlenhydrate und Ihre komplexen Strukturen haben einen fundamentalen Einfluss auf alles Leben und spielen eine wichtige Rolle als Energielieferant, Konstruktionsmaterial und für die Interaktion zwischen Organismen und Zellen. Der Auf- Abbau und Umbau dieser Strukturen wird durch die eine große Anzahl von Kohlenhydrataktiven Enzymen den CaZymen durchgeführt. Um zu verstehen, wie diese Enzyme die Strukturen mit großer Effizienz und Präzision aufbauen arbeiten wir an der Charakterisierung dieser Enzyme auf Molekularer Ebene. Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie sind hier die Methoden der Wahl, um die notwendigen Details der Interaktionen und katalytische Reaktion auf molekularer Ebene zu erhalten und so ein umfangreiches Verständnis der Rolle dieser Enzyme zu verstehen.
In der Arbeitsgruppe werden Proteine, Antikörper und Enzyme, alleine und mit Ihren Kohlenhydratliganden charakterisiert und Ihre Struktur bestimmt. Hierfür werden die entsprechenden Enzyme rekombinant hergestellt, gereinigt mit biophysikalischen Methoden (ITC, Aktivitätstests, Glycanarrays) charakterisiert und kristallisiert.
Im Speziellen wollen wir verstehen, wie Antikörper, die gegen bakterielle Superkeime entwickelt werden, Kohlenhydratstrukturen erkennen und generelle Bindemodi identifizieren. Wir wollen verstehen welche Interkationen von besonderer Bedeutung für eine anhaltende Immunantwort mit Gedächtnisfunktion notwendig sind. Weiterhin wollen wir verschiedene Glykosidhydrolasen und -transferasen, die im Aufbau und der Remodellierung der Pflanzenzellwand beteiligt sind, biophysikalisch genauer charakterisieren und Ihre Funktion verstehen.
Hierzu gehören, bakterielle Glykosyltransferasen, die im Aufbau von glykosylierten antimikrobiellen Peptiden (Glykozinen) eine entscheidende Rolle spielen. Wir untersuchen die Spezifität dieser Enzyme und Ihre ungewöhnliche Spezifität für Cystein statt Serin oder Threonin. Weiterhin studieren wir die Rolle der Glykosylierung für die Aktivität der Glykozine und den daraus resultierenden Wirkmechanismus.
Der Glykogenstoffwechsel ist von großer Bedeutung für den Energiehaushalt des menschlichen Körpers. Insgesamt sind nur fünf Enzyme kritisch für den Glykogenstoffwechsel. Trotz der enormen Bedeutung für den Energiestoffwechsel sind die humanen Enzyme kaum im Detail charakterisiert. Wir sind dabei die Enzyme für den Glykogenabbau genauer zu untersuchen, um zu verstehen wir Mutationen zu den vielfältigen phanotypischen Ausprägungen der Glykogenstoffwechselkrankheiten beitragen und warum manche der Mutationen lethal sind und andere nicht.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich ebenfalls mit der Identifizierung und Charakterisierung von Enzymen für den Abbau und Modifikation von geladenen Polysacchariden. Hierzu gehören Heparinasen, eine Klasse von Enzymen für den Abbau von Heparin und Heparan. Diese sind von hohem Interesse für die Analyse und Charakterisierung von Heparin und Mucosalen Strukturen. Die Arbeiten sind in Kooperation mit der AG Pagel der FU Berlin.