Crystal structure of a human U5 snRNP specific binary complex and crystal structure of a histone deacetylase-like bacterial amidohydrolase
Kristallstruktur eines menschlichen U5 snRNP spezifischen binären Komplexes und Kristallstruktur einer Histon Deacetylase-ähnlichen bakteriellen Amidohydrolase
by Tine Kragh Nielsen
Date of Examination:2005-06-29
Date of issue:2005-12-09
Advisor:Prof. Dr. Ralf Ficner
Referee:Prof. Dr. Oliver Einsle
Referee:Prof. Dr. Peter Susse
Referee:PD Dr. Andreas Schwienhorst
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-612
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
The crystal structure of the complex comprising the GYF-domain of U5-52K and the U5-15K protein has been determined at 2.35 Å resolution. The protein U5-52K (Lin1p) is a component of yeast and human U5 snRNPs, which are involved in pre-mRNA splicing. In addition U5-52K plays a role in immune response as CD2 receptor binding protein 2 (CD2BP2), as it binds to the CD2 receptor via its GYF-domain specifically recognising a proline-rich motif on the cytoplasmic surface of the receptor. This GYF-domain also mediates the interaction of the proteins U5-52K and U5-15K within the spliceosomal U5 snRNP. The structure unravels novel interaction sites on both proteins, as neither the poly-proline binding site of the GYF-domain nor the common ligand binding cleft of thioredoxin-like proteins, to which U5-15K belongs, participate in this interaction. The mode of interaction is of particular interest with respect of the GYF-domain, since the U5-15K protein lacks the proline-rich motif. The structure furthermore reveals the structural basis for the bifunctionality of the GYF-domain.The structure of the first HDAC class 2 homologue has been determined by X-ray crystallography. The apo-enzyme was refined at a resolution of 1.6 Å and complexes with two inhibitors: SAHA and CypX at a resolution of 1.57 Å and 1.75 Å, respectively. The HDAH (histone deacetylase-like amidohydrolase) from Bordetella/Alcaligenes Strain FB188 shows functional and sequential homology to human HDACs. HDACs are responsible for the removal of e-amino groups of lysine residues on the amino terminus of nucleosomal histones. HDAC inhibitors have been shown to inhibit tumour activity in both pre-clinical models and in clinical trials and are among the most promising candidates for future anti-cancer drugs. The structure reveals the canonical class 1 fold with a zinc ion and two potassium ions bound. The highest diversity compared to known structures of the class 1 enzymes is found in the loop regions especially in the area around the entrance of the active site, indicating significant differences of the interacting partners to the class 1 and 2 enzymes. The structures of HDACs and HDAC homologues are important for understanding inhibitor binding and for the development of new inhibitors.
Keywords: Spliceosom; U5 snRNP specific; Bifunctional; HDAC homolog; crystal structure
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Die Kristallstruktur der GYF-Domäne von U5-52K im Komplex mit U5-15 wurde bei einer Auflösung von 2,35 Å ermittelt. Das Protein U5-52K (Lin1p) ist sowohl in der Hefe als auch beim Menschen Bestandteil der U5 snRNPs, welche am Spleißen von mRNAs beteiligt sind. Weiterhin spielt U5-52K als CD2 Rezeptor-Bindeprotein 2 (CD2BP2) eine Rolle bei der Immunantwort, da es mit seiner GYF-Domäne spezifisch an ein prolinreiches Sequenzmotiv der zytoplasmatischen Oberfläche des CD2 Rezeptor bindet. Die GYF-Domäne vermittelt ebenfalls die Wechselwirkung der Proteine U5-52K und U5-15K innerhalb der spleißosomalen U5 snRNPs. Anhand der Struktur konnten neue Wechselwirkungsbereiche identifiziert werden, da weder Polyprolin-Bindungsstelle der GYF-Domäne noch die allgemeine Liganden-Bindungsstelle der Thioredoxin ähnlichen Proteine, zu denen U5-15K gehört, an dieser Wechselwirkung beteiligt sind. Die Art der Wechselwirkung ist insbesondere seitens der GYF-Domäne interessant, da das U5-15K Protein kein prolinreiches Sequenzmotiv besitzt. Des weiteren gibt die Struktur Aufschluss über die strukturelle Basis der Bifunktionalität der GYF-Domäne.In dieser Arbeit konnte die Struktur einer bakteriellen Histondeacetylase-ähnlichen Amidohydrolase (HDAH) mittels Röntgenkristallographie ermittelt werden. Dieses Enzym aus Bordetella/Alcaligenes FB188 ist ein Histondeacetylase (HDAC)-Klasse 2 Homolog und stellt die erste Struktur eines HDAC-Klasse 2 Enzyms dar. Im allgemeinen sind HDAC s für die Prozessierung von Acetylresten an e-Aminogruppen von Lysinen an den Aminotermini von Histonschwänzen verantwortlich. Das Holo-Enzym wurde bei 1,6 Å, das Enzym im Komplex mit den Histondeacetylase-Inhibitoren SAHA und CypX bei 1,57 Å bzw. 1,75 Å aufgelöst. Die Struktur zeigt eine kanonischen Klasse 1 Faltung mit einen Zink- und zwei Kalium-Ionen gebunden. Der größte Unterschied zwischen der HDAH und bereits bekannten Strukturen der Klasse 1 Enzyme liegt in den loop-Regionen, speziell in der näheren Umgebung der Substratbindungstasche, was auf deutlich unterschiedliche Interaktionspartner der Klasse 1-und 2-Enzyme Schließen lässt. Aus vor-klinischen sowie klinischen Studien haben sich Inhibitoren dieser Enzymfamilie als zukünftige Anti-Krebs-Therapeutika hervorgehoben. Die Strukturaufklärung dieser HDAH bzw. von HDAC s im allgemeinen dient in diesem Zusammenhang zu einem besseren Verständnis von Inhibitorbindung und spielt eine tragende Rolle bei der Entwicklung von neuen Inhibitoren.
Schlagwörter: Spleißosom; U5 snRNP spezifisch; Bifunktional; HDAC-ähnlich; Kristallstruktur
