Urheberrecht: © Bio VI Figur: ASTB wurde mittels KnowVolution zu einem vielseitigen Werkzeug für die Sulfatierung von Zucker und Glykosaminoglykanen maßgeschneidert.

Glykosaminoglykane sind meist sulfatierte Polysaccharide, die eine wichtige Rolle bei der Signaltransduktion, Antikoagulation, Entgiftung und vielem mehr spielen. Die vollständige chemische Synthese von Glykosaminoglykanen ist aufgrund der vielen Syntheseschritte, die die finale Ausbeute beeinflussen, immer noch eine sehr schwierige Aufgabe. Eine geeignete und nachhaltige Alternative stellt die in vitro-Synthese von sulfatierten Polysacchariden wie Cellulose oder Chitin dar, die die Funktionalitäten von Glykosaminoglykanen aufweisen. Enzymatische Sulfatierung der Polysaccharid-Bausteine durch Sulfotransferasen ist aufgrund ihrer Fähigkeit zur hochchemoselektiven Sulfatierung in wässriger Lösung und bei Raumtemperatur synthetisch attraktiv. Die bakterielle Arylsulfotransferase B - ASTB wurde maßgeschneidert, um die Sulfatierungsaktivität gegenüber dem Cellulose-Baustein, der Cellobiose, zu verbessern. Hierzu wurde eine vollständige KnowVolution-Kampagne durchgeführt. Nach der Durchmusterung von 3067 ASTB-Varianten wurden Leu446 und Val579 als wichtige Positionen identifiziert, die positive Auswirkungen auf die ASTB-Aktivität zeigen.

Weiterentwicklung einer Arylsulfotransferase zu einem synthetisch attraktiven Sulfatierungsmittel für Zucker

Computergestützte Studien deuten darauf hin, dass die Substitution Leu446Pro mehr Flexibilität an der Substratbindetasche ermöglicht und Val579Lys eine distale Substitution ist. Schließlich ergab die Rekombination von Leu446Pro und Val579Lys die Variante ASTB-M5 mit bis zu 7,6-fach erhöhter spezifischer Aktivität im Vergleich zum Wildtyp für Cellobiose. Eine Monosulfatierung von Cellobiose wurde mittels Massenspektrometrie bestätigt, was auf einen hohen Selektionsgrad hinweist. Darüber hinaus wurde der Umsatz bei der Synthese des monosulfatierten Glykosaminoglykan-Bausteins, N-Acetylglucosamin von 33,8% auf 87,1% erhöht. Die Strukturaufklärung bestätigte eine teilweise regioselektive Monosulfatierung an den Positionen C-3 und C-4, im Gegensatz zur chemisch bevorzugten Position C-6.

Diese Arbeit war eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Professor Schwaneberg und Professor Elling von der RWTH Aachen, sowie Professor Křen von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften. Unsere Arbeit wurde durch die Projekte FuPol, BioSulfa und das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert. Weitere Informationen zu dieser Publikation finden Sie unter Forschungshighlights und auf der Webseite von Chemistry – A European Journal.