DsbC

Verwandte Lektüre

Einführung in Disulfidbrücken

Die Disulfidbindung bzw. S‑S‑Bindung ist eine kovalente Bindung zwischen Schwefelatomen in der Form -S-S-, die durch Oxidation von zwei Sulfhydrylgruppen entsteht. Die Sulfhydrylgruppen der zwei Cystein-(kurz Cys-)Reste in der Peptidkette können oxidieren und eine Disulfidbindung ausbilden; parallel zur Bildung der Disulfidbindung werden die Cysteinreste in Cystinreste umgewandelt. Disulfidbindungen spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der molekularen Struktur von Proteinen.

Rolle von Disulfidbrücken

Disulfidbrücken sind entscheidend für die korrekte Proteinfaltung sowie für die Ausbildung und Stabilisierung höherer Strukturebenen. Die Bildung einer Disulfidbindung zwingt Aminosäurereste aus unterschiedlichen Bereichen derselben oder verschiedener Peptidketten zur räumlichen Annäherung; dadurch falten sich die Peptidketten rasch und bilden eine stabile räumliche Topologie, wobei die Aminosäurereste in diesem Bereich hochdicht gepackt sind. Gleichzeitig umgeben hydrophobe Aminosäurereste die Disulfidbindung, wodurch ein lokales hydrophobes Zentrum entstehen kann, das das Eindringen von Wassermolekülen in das Innere des Peptids verhindert und damit das Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen erschwert. Dies begünstigt die Ausbildung stabiler Bereiche höherer Struktur. Da Disulfidbindungen unterschiedliche Regionen einer Peptidkette überbrücken können, werden sie mitunter auch als Disulfidbrücken bezeichnet.

Hintergrund

DsbA ist für die Oxidation zweier Sulfhydrylgruppen zur Bildung von Disulfidbrücken verantwortlich; DsbB ist für die Reoxidation von DsbA zuständig. DsbC und DsbG korrigieren fehlerhafte Disulfidbrücken, die durch DsbA eingeführt wurden; DsbD ist für die erneute Reduktion von DsbC und DsbG verantwortlich. Ihre molekularen Chaperonfunktionen sind unabhängig von der enzymatischen Disulfidbildungsaktivität und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Disulfidbildungsleistung. Auf Basis der funktionellen Eigenschaften der Dsb-Proteine gibt es zahlreiche erfolgreiche Beispiele für deren Einsatz zur Expression exogener Proteine – insbesondere disulfidbrückenhaltiger Proteine – in E. coli als Wirtsorganismus.

Entdeckung

1994 identifizierten und funktionell charakterisierten Missiakas et al. das Vorhandensein von DsbC-Proteinen in E. coli (das Gen wurde zunächst als xprA bezeichnet). Zuvor waren Shevchik et al. die ersten, die in Erwinia chrysanthemi ein Gen namens dsbC identifizierten, dessen Produkt die E. coli-dsbA-Mutation kompensieren konnte, die zu einer Störung der Disulfidbrückenbildung periplasmatischer Lumenproteine in E. coli führt. E. coli-dsbC-Deletionsmutanten akkumulieren im periplasmatischen Lumen zahlreiche reduzierte Formen disulfidbrückenhaltiger Proteine; dieser Phänotyp kann durch Zugabe von oxidiertem Dithiothreitol (DTT) oder Cystein oder durch Expression mehrerer Kopien von dsbA aufgehoben werden. Das E. coli-DsbC-Vorläuferprotein hat eine Masse von 25,5 kD und wird anschließend zu einem reifen Protein von 23,3 kD prozessiert.

DsbC

Disulfidbrücken-bildendes Protein B (DsbB) ist eine Proteinkomponente des Signalwegs, der zur Bildung von Disulfidbrücken in periplasmatischen Proteinen von E. coli und anderen Bakterien führt. In Bacillus subtilis ist es als BdbC bekannt.

Struktur

Das DsbB-Protein oxidiert das periplasmatische Protein DsbA, welches wiederum Cysteine in anderen periplasmatischen Proteinen oxidiert, um Disulfidbrücken zu bilden. DsbB fungiert als Sensor für das Redoxpotenzial über die Zytoplasmamembran hinweg. Es handelt sich um ein Membranprotein, das die Membran viermal durchspannt, wobei sowohl das N‑terminale als auch das C‑terminale Ende des Proteins im Zytoplasma lokalisiert sind. Jede periplasmatische Strukturdomain des Proteins enthält zwei essenzielle Cysteine. Die beiden Cysteine in der ersten periplasmatischen Domäne liegen in der Cys‑XY‑Cys-Konfiguration vor, die charakteristisch für die aktiven Zentren anderer an der Disulfidbrückenbildung beteiligter Proteine ist, einschließlich DsbA und Protein-Disulfidisomerasen.