Hexokinasen bezeichnen eine vielfältige Gruppe von Enzymen, welche zu den Transferasen gezählt werden und den ersten Schritt der Glykolyse katalysieren. In Hefen, Pflanzen und Säugern spielen Hexokinasen darüber hinaus eine wichtige Rolle in regulatorischen Mechanismen wie der Glukoseerkennung und der glukoseabhängigen Signaltransduktion. Aufgrund der Aufgaben der Hefehexokinasen in der Katalyse und der Glukoserepression bedarf es einer besonderen Beziehung zwischen Struktur und Funktion, dessen Zusammenhänge derzeit nur teilweise erklärt werden können. Sowohl Saccharomyces cerevisiae als auch Kluyveromyces lactis sind geeignete eukaryontische Modellorganismen für die Untersuchung der Beziehungen zwischen Proteinbiochemie, Genetik und Physiologie. So beschreibt die Arbeit zum einen Untersuchungen zur Faltung und Stabilität der Hexokinase 2 von Saccharomyces cerevisiae (ScHxk2). ScHxk2 ist aus zwei Domänen mit diskontinuierlichen Peptidsequenzen zusammengesetzt. Mit Hilfe verschiedener spektrometrischer Untersuchungstechniken konnte eine reversible harnstoffinduzierte Entfaltung für ScHxk2 beschrieben werden. Dabei zeigt die Entfaltung einen zweistufigen Übergang mit einem zentralen Intermediat, bei dem jedoch weder die eine noch die andere Domäne gefaltet bzw. ungefaltet vorliegt. Die Intermediate weisen trotz 60%iger Verluste an Sekundärstruktur eine hohe Stabilität von über ∆G = -22 kJ/mol auf. Weiterhin befasst sich diese Arbeit mit der einzigen in Kluyveromyces lactis befindlichen Hexokinase (KlHxk1). Zur weiteren Charakterisierung der KlHxk1 sollten wichtige physiologische Eigenschaften analysiert werden, zumal insbesondere der molekulare Mechanismus der Glukoserepression in Kluyveromyces lactis bislang noch weitgehend ungeklärt ist. Mit Hilfe von Stopped-flow Messungen konnte gezeigt werden, dass sich die monomere KlHxk1 (54 kDa) als die Enzymform mit der hohen Affinität und Aktivität für die zwei glykolytischen Substrate Glukose und ATP darstellt und sich als Kontrollpunkt der Katalyse auf Ebene einer Dimer-Bildung und Dissoziation eignen könnte.

Covalent histone modifications such as methylation, acetylation as well as differential incorporation of histone variants are shown to coincide with different chromatin compartments and mark active or repressed genes. Msc1 is one of the seven JmjC Domain Proteins (JDPs) in Fission Yeast. JDPs are known to function in chromatin and some act as histone demethylases. We found that Msc1 is a member of Swr1 Complex which is known to exchange histone H2A variant H2A.z in nucleosomes. We purified H2A.z as a member of Swr1 Complex and its interaction with Swr1 Complex depends on Swr1. We’ve shown that histone H4 Lysine 20 trimethylation (H4 K20 Me3) is lost in h2A.z and msc1 deletion strains and these strains are sensitive to UV. Deletion strain of h2A.z is sensitive to Camptothecin. Histones H3 and H4 are obtained in Msc1 and H2A.z purifications and we’ve shown that histone H4 from these purifications has low level of Lysine 16 acetylation (H4 K16 Ac). Deletion strains of h2A.z, swr1 and msc1 are shown to be sensitive to TSA, a histone deacetylase (HDAC) inhibitor suggesting that H2A.z cooperates with HDACs. TSA treatment of wild type cells cause an increase in H4 K16 Ac and a decrease in H4 K20 Me3. Gene expression profiles of h2A.z, swr1 and msc1 are significantly similar and upregulated genes in deletion strains localize at chromosome ends (a region of 160 kb for each end). The number of stress or meiotic inducible genes is increased in deletion strains suggesting that H2A.z has a role in regulation of inducible genes. We suggest that H2A.z, in cooperation with HDACs, functions in regulation of chromatin accessibility of inducible promoters.

Actinoplanes sp. ATCC 33002 produziert ein fünffach chloriertes Phenylpyrrolderivat, das Pentachlorpseudilin[1], für dessen Biosynthese die Beteiligung FADH2-abhängiger Halogenasen vermutet wurde. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, in Actinoplanes sp. nach Genen FADH2-abhängiger Halogenasen zu suchen und diese heterolog zu überexprimieren. Durch Hybridisierungsexperimente mit prnC[2] (Halogenasegen aus Pseudo¬monas fluorescens) als Sonde konnten in Actinoplanes sp. ATCC 33002 zwei potentielle Gene FADH2-abhängiger Halogenasen (halA und halB) detektiert werden. Beide Gene weisen hohe Homologien zu Genen bereits bekannter FADH2-abhängiger Halogenasen auf. Die für HalA und HalB abgeleiteten Aminosäuresequenzen weisen die größten Ähnlichkeiten zur Chlortetra¬cyclin¬halogenase (Cts4)[3] aus Streptomyces aureofaciens und zur Halogenase PrnC[2] aus Pseudomonas fluorescens BL915 auf, welche im Bereich von 55 % bis 61 % liegen. HalA und HalB enthalten die in bekannten FADH2-abhängigen Halogenasen konservierten Sequenzmotive: die FADH2-Bindestelle und das Tryptophanmotiv[4]. Während die Überexpression von halA und halB in Escherichia coli zu Inclusionbodies führte, konnte halB in zwei Pseudomonadenstämmen in löslicher Form überexprimiert werden. In P. aureofaciens pCIBhalB wurde halB und in P. fluorescens pCIBhalBhis halBhis überexprimiert. In Enzymaktivitätstests mit verschiedenen Phenylpyrrolderivaten als potentiellen Substraten wurde im HalB enthaltenden Rohextrakt des Expressionsstammes P. aureofaciens pCIBhalB in vitro chlorierende Aktivität nachgewiesen. HalB gehört somit zur Gruppe der FADH2-abhängigen Halogenasen. [1] Cavalleri, B., Volpe, G., Tuan, G., Berti, M., Parenti, F., Curr. Microbiol. 1 (1978) 319 [2] Hammer, P. E., Hill, D. S., Lam, S. T., van Pée, K.-H., Ligon, J. M., Appl. Environ. Microbiol. 63 (1997) 2147 [3] Dairi, T., Nakano, T., Aisaka, K., Katsumata, R., Hasegawa, M., Biosci. Biotechnol. Biochem. 59 (1995) 1099 [4] van Pée, K.-H., Zehner, S., Enzymology and molecular genetics of biological halogenation. In: G. W. Gribble (Ed.), The Handbook of Environmental Chemistry, Vol. 3, part P. Natural production of organohalogen compounds. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, (2003) 171

Regioselektive Halogenasen sind Enzyme, die für die Biosynthese verschiedener halogenierter Metaboliten verantwortlich sind. Der Stamm Streptomyces rugosporus produziert die bioaktive halogenierte Verbindung Pyrroindomycin B. In dieser Arbeit wurde ein Gen einer Tryptophan-5-Halogenase aus dem Pyrroindomycinproduzenten Streptomyces rugosporus isoliert. Durch gezielte Mutation des Gens konnte die Beteiligung der Halogenase an der Biosynthese von Pyrroindomycin B nachgewiesen werden. Das Tryptophan-5-Halogenase-Gen wurde heterolog exprimiert. In einem spezifischen Enzymtest konnte die Aktivität der Tryptophan-5-Halogenase gezeigt werden. Tryptophan wurde im Enzymtest durch dieses Enzym monobromiert und monochloriert. Das Protein konnte über Nickelaffinitäts-Chromatographie gereinigt werden. / Regioselectively acting halogenases are enzymes which are responsible for the biosynthesis of a large variety of halogenated secondary metabolites. In many cases the biological activity of these metabolites is influenced by the halogen substituents. Isolation and characterization of the genes of specific halogenases and understanding the biochemistry of these enzymes are prerequisites for genetic engineering aiming at the production of novel halogenated compounds by combinatorial biosynthesis. In the work presented here a halogenase with novel regioselectivity was isolated. It is one of only three specific halogenases for which the enzymatic activity and the involvement in the biosynthesis of a halogenated metabolite could be shown. The availability of this specific tryptophan 5-halogenase is expected to open up novel possibilities for combinatorial biosynthesis and the enzymatic production of halogenated compounds.

Metabolic energy is most efficiently stored as triacylglycerol (TAG). This neutral lipid accumulates mainly within adipose tissues, but it can be stored and used in all types of cells. Within cells it is packed in organelles called lipid droplets (LDs). They consist of a core of neutral lipids like TAG and cholesterol esters, which is surrounded by a phospholipid monolayer that mainly consists of phosphatidylcholine (PC). Attached to or inserted into this monolayer are various proteins, mainly LD specific structural proteins or lipid metabolic enzymes. Though excess uptake of nutrition leads to lipid accumulation in all kinds of body tissues, which is accompanied by the augmentation of LDs and results in cellular dysfunction and the development of metabolic diseases, relatively little is known about the biogenesis and growth of LDs. This thesis focuses on diacylglycerol acyltransferase 2 (DGAT2), an enzyme of the TAG biosynthetic pathway, and on lyso-phosphatidylcholine acyltransferases 1 and 2 (LPCAT1 and LPCAT2), both enzymes of one of the PC biosynthetic pathways called Lands cycle. The data presented in this thesis show that these enzymes can localize to LDs and that they actively synthesize TAG and PC at the surface of LDs. While the LPCATs reside on LDs independent from the nutrition status of the cell, DGAT2 accumulates on LDs upon excess availability of oleic acid. DGAT2, LPCAT1 and LPCAT2 differ in their structure from other iso-enzymes that catalyze the same reactions. This thesis shows that they exhibit a monotopic conformation and that they contain a hydrophobic stretch that presumably forms a hairpin. This topology enables them to localize to both a phospholipid bilayer like the membrane of the endoplasmic reticulum and to a phospholipid monolayer like the surface of LDs. The different biophysical properties of the structures of iso-enzymes might be responsible for their subcellular localization and the formation of distinct TAG or PC pools that are destined for different purposes. This would explain, why the iso-enzymes are often not able to replace each other. Knock-down and overexpression experiments performed in this thesis show that the activity of LPCAT1, LPCAT2 and DGAT2 influence the packaging of lipids within LDs. Knock-down of LPCAT1 and LPCAT2 leads to an increase in LD size without concomitant increase in the amount of TAG. Combined with the finding that the profile of the PC species of the LD surface reflects the substrate preferences of LPCAT1 and LPCAT2, the results suggest that these enzymes are responsible for the formation of the LD surface. Therefore, the increase in LD size upon LPCAT1 and LPCAT2 knock-down results from an adjustment of the surface-to-volume ratio in response to reduced availability of surface lipids. The connection between LPCATs and LD size was corroborated in the model organism Drosophila melanogaster. Three different knockout fly strains of the Drosophila homologue of LPCAT1 and LPCAT2, CG32699, exhibit enlarged LDs in the fat body of the L3 larvae. Furthermore, the data presented suggest that the morphology of LDs is important for the secretion of stored lipids. The reduction of LPCAT1 in liver cells leads to a reduction in lipoprotein particle release. This was shown by measuring the amount of released apolipoproteinB with two different methods, by measuring the release of lipids and by quantification of the amount of released hepatitis C virus, which is known to rely on LD interaction for replication and on lipoprotein particles for cellular release. DGAT2 is recruited to LDs upon excess availability of oleic acid and its overexpression leads to the formation of many, but relatively small LDs. Here, it is shown that DGAT2 interacts with acyl-CoA synthetase ligase 1 (ACSL1), an enzyme that catalyzes the activation of free fatty acids with Coenzyme A. This interaction does not influence the stability of DGAT2 nor does it seem to affect lipid synthesis. Nevertheless, it shows an influence on lipid packaging in LDs. While overexpression of DGAT2 results in the appearance of smaller LDs, overexpression of ACSL1 leads to an increase in LD size. Coexpression of ACSL1 and DGAT2 reverses the phenotypes obtained by single overexpression and normalizes the mean LD diameter to values observed at normal conditions. In conclusion, this thesis shows that LDs are able to synthesize the components of their core and their surface, which underlines their independent function in metabolism. Additionally, the results show that LDs can grow by local synthesis and that the responsible enzymes exhibit a monotopic membrane topology, which might be crucial for LD localization. Furthermore, the obtained data suggest that the localization and the ratio between different enzyme activities influence the packaging of lipids and affects lipid secretion and therefore impact the whole body lipid metabolism.

Protein phosphorylation is one of the major post-translational modifications to allow for signal transmission and fine tuning of metabolism on the cellular proteomic level. As such it is “one of the last instances” to modulate the activity of enzymes and hence to impact the cellular life irrespective of the basic conditions provided by the genome – and epigenome– controlled gene expression. The evolutionary increase in cellular complexity is reflected by highly sophisticated regulatory networks in multicellular eukaryotes based on the transfer of phosphate mostly onto the side chains of serine, threonine and tyrosine residues. Nature has chosen phosphate for inter- and intracellular communication, which is also an integral component of nucleic acids and can be regarded as the molecule of choice for life. Currently, life science is interested to unravel the network of reversible protein phosphorylation that is catalyzed by two antagonistic enzyme classes: the protein kinases and protein phosphatases. We are currently in the era of proteomics and enormously benefit from the progress of mass-spectrometry methods. This is documented by a huge number of “proteomic studies” that mostly provide a simple inventory of the existence of proteins – and/or their phosphorylated forms – under more or less defined conditions. So far, the physiological correlations could be established only in a few cases, e.g. by comparing two physiological conditions. Another strategy, which was addressed in this work, is the systematic screening of mutants defective in genes encoding either protein kinases or protein phosphatases. This approach benefits from the ease to predict these enzymes due to the presence of characteristic protein motifs. In combination with the major goal of this work – to shed light on the impact of protein phosphorylation in the mitochondrial (mt) compartment – the yeast Saccharomyces cerevisiae was chosen as a model system because of its respiro-fermentative metabolism, that allows for the maintenance of respiratory defective mutants. Indeed, this reverse genetic approach successfully revealed two kinases (Pkp1p, Pkp2p) and two phosphatases (Ppp1p, Ppp2p) as the key components regulating the pyruvate dehydrogenase complex by phosphorylation of serine 313 of its α- subunit Pda1p. In addition, evidence is provided that Pkp1p has an additional role in the assembly process of the PDH complex. Also, the effect of the deletion of the COQ8 gene (gene engaged in coenzyme Q synthesis; originally named ABC1) leading to respiratory deficiency, could be correlated with the phosphorylation of subunit Coq3p of the mitochondrial ubiquinone biosynthesis complex. Finally, in the case of the kinase Sat4p (protein involved in salt tolerance), overexpression of the enzyme was used as an alternative approach to unravel the molecular basis of the originally observed salt sensitivity of sat4 mutants. The data suggest that Sat4p has a direct or indirect role in the late steps of iron-sulfur (Fe/S) cluster assembly of the so-called “aconitase-type” enzymes in mitochondria, accompanied by a strongly reduced steady state concentration of the Fe/S-cluster protein aconitase. Interestingly, a secondary phenotype became apparent upon overexpression of Sat4p: the abundance of the lipoic acid containing mitochondrial proteome was markedly reduced. Most likely this phenotype is due to the fact that the synthesis and/or attachment of lipoic acid depend on a Fe/S-cluster bearing enzyme. In the course of the work it became clear that the regulatory (mt) protein phosphorylation network of yeast evolved to meet the criteria of a life adapted to the ecological niche on temporarily available sugar rich sources. Clearly, the transfer of the respective data to higher eukaryotes is limited. However, it shows that yeast is primarily an excellent model system for the principal molecular reactions shared with higher eukaryotes. / Phosphorylierungen von Aminosäuren ist eine der verbreitetsten post-translationalen Modifikationen für zelluläre Signalübertragungswege und zur Regulation des Metabolismus auf Proteom-Ebene. Mit der reversiblen Protein-Phosphorylierung eng verbunden ist die unabhängige Modulation der Aktivität von Enzymen ungeachtet der Genom- und Epigenom-basierten Genexpression. Die evolutionäre Zunahme der zellularen Komplexität äußert sich in zunehmend komplexeren Regulations-Netzwerken in mehrzelligen eukaryotischen Organismen basierend auf dem Transfer von Phosphatgruppen vorzugsweise auf die Aminosäuren Serin, Threonin und Tyrosin. Die Natur hat evolutionär als Baustein der inter- und intrazellulären Kommunikation Phosphat gewählt, welches auch ein integraler Bestandteil der Nukleinsäuren ist und somit als das „Molekül der Wahl“ für das Leben bezeichnet werden darf. Die Lebenswissenschaften sind gegenwärtig daran interessiert das Netzwerk der Proteinphosphorylierung aufzuklären, welches durch zwei antagonistisch wirkende Enzymklassen, die Proteinkinasen und Proteinphosphatasen charakterisiert ist. Dabei profitieren wir gegenwärtig von den Fortschritten der „Proteomics-Ära“ auf dem Gebiet der massenspektrometrischen Proteinidentifizierung. Ausdruck dessen ist eine Vielzahl von Proteom-Studien, die jedoch meist nur eine einfache Inventarisierung der unter mehr oder weniger gut definierten zellulären Bedingungen existierenden Proteine in ihrer Phosphat-modifizierten oder unphosphorylierten Form darstellen. Die beteiligten Enzyme werden dabei kaum berücksichtigt. Insbesondere gilt dies für extra-cytoplasmatische Ereignisse. Bisher gelang es nur in wenigen Fällen eine Korrelation der physiologischen Rolle dieser Proteinmodifikation, z.B. durch den Vergleich der Phospho-Proteome unter zwei unterschiedlichen physiologischen Bedingungen, herzustellen. Eine andere Strategie, die auch Gegenstand dieser Arbeit ist, sieht ein Screening von Mutanten vor, die durch Deletionen von Genen, die für Proteinkinasen bzw. –phosphatasen kodieren, gekennzeichnet sind. Dieser Ansatz profitiert von der Existenz und leichten bioinformatischen Vorhersagbarkeit charakteristischer Kinase- bzw. Phosphatase- Sequenzmotive. In Kombination mit dem Hauptziel der Arbeit – Licht ins Dunkel der Proteinphosphorylierung im mitochondrialen Kompartiment zu bringen – wurde die Hefe Saccharomyces cerevisiae als Modellsystem gewählt, insbesondere vor dem Hintergrund ihres fermentativen Metabolismus. Als Beleg der prinzipiellen Funktionalität des vorgeschlagenen Ansatzes konnten zwei Kinasen (Pkp1p, Pkp2p) und zwei Phosphatasen (Ppp1p, Ppp2p) als Schlüsselkomponenten der Regulation des Pyruvatdehydrogenase (PDH) Komplexes identifiziert und charakterisiert werden. Darüber hinaus konnte sowohl das Zielprotein der Phosphorylierung, Pda1p, die α-Untereinheit des Komplexes, als auch die modifizierte Aminosäure (Serin 313) experimentell bestätigt werden. Ferner konnte der Atmungsdefekt von Stämmen mit einer nicht-funktionellen Abc1p-Kinase mit dem Phosphorylierungszustand der Untereinheit Coq3p des Ubiquinon-Biosynthese Komplexes und dem Ausfall der Ubiquinonsynthese korreliert werden. Eine alternative Herangehensweise, die Überexpression einer Kinase, führte zur Identifizierung möglicher Zielproteine von Sat4p. Vergleichende Analysen des 2D-gelelektrophoretisch separierten mitochondrialen Genoms mit dem des Wildtyps legen die Vermutung nahe, dass Sat4p eine direkte oder indirekte Rolle bei der Regulation der „Aconitase-Typ“ Eisen-Schwefel (Fe/S) Proteine besitzt. Der darüber hinaus beobachtete Effekt einer Abnahme von Liponsäure-tragenden mitochondrialen Enzymen, ist wahrscheinlich sekundärer Natur und kann durch die Zugehörigkeit der Liponsäure-Synthase zur oben erwähnten Gruppe der „Aconitase-Typ“ -Fe/S-Proteine erklärt werden. Im Verlauf der Arbeit wurde deutlich, dass das regulatorische Netzwerk der Proteinphosphorylierung der Hefe eher den Kriterien einer evolutionären Adaptation an eine spezifische ökologische Nische – der temporären Verfügbarkeit zuckerreicher Substanzen – entsprechen. Das schränkt die Übertragbarkeit der gewonnen Einsichten in die Regulation des mitochondrialen Metabolismus auf höhere Eukaryonten ein. Es zeigt jedoch, dass Hefe in erster Linie ein exzellentes Modellsystem für die prinzipiellen molekulare Mechanismen ist, die sie mit den höheren Eukaryonten teilt.

Bluthochdruck zählt zu einer der häufigsten Zivilisationskrankheiten und ist der Hauptfaktor für die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen. Das Präventionspotenzial bei Hypertonie ist sehr hoch, da lebensstilassoziierte Faktoren wie Übergewicht, hoher Kochsalz- und Alkoholkonsum oder Stress die Entstehung eines erhöhten Blutdrucks wesentlich begünstigen. Daher wird eine antihypertensive Therapie meist mit nicht-medikamentösen Maßnahmen eingeleitet. Für die Regulation des Blutdrucks ist die nähere Betrachtung des Angiotensin-Converting Enzymes (ACE) wichtig, da es eines der Schlüsselenzyme des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems und des Kallikrein-Kinin-Systems darstellt. Die Möglichkeit, dass ACE-inhibierende Peptide aus Lebensmittelproteinen über die Nahrungsmittelaufnahme einen positiven physiologischen Effekt auf den Blutdruck ausüben, ist ein vielversprechender Ansatz zur Unterstützung einer nicht-medikamentösen Therapie bei Hypertonie. In der Literatur sind zahlreiche Peptide beschrieben, welche eine inhibitorische Wirkung auf das ACE in vitro besitzen. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Klasse der tryptophanhaltigen Dipeptide, die in der Literatur als potente, natürliche ACE-Inhibitoren beschrieben sind. Die tryptophanhaltigen Peptide wurden hinsichtlich ihrer Gewinnung, ihrer Hemmwirkung auf das Zielenzym und bezüglich ihrer Bioverfügbarkeit in vitro und in vivo untersucht.

Die humanen Noroviren (Familie Caliciviridae, Genus Norovirus) bilden den Haupterreger der nichtbakteriellen Gastroenterotiden. Seit Beginn der 1990er Jahre – besonders seit dem Herbst 2002 – kann weltweit eine sehr starke Zunahme der Norovirus-Infektionen beobachtet werden. Die Mehrheit der Erkrankungen (ca. 80%) ist dabei durch den Genotyp II.4 verursacht, wobei innerhalb dieses Genotyps kontinuierlich „neue“ genetisch veränderte Norovirus-Stämme auftreten, die kontinuierlich in „neue“ Subgenotypen eingeordnet werden. Bis dato wird vermutet, dass die hohe Zunahme der Infektionen durch die subgenotypspezifische Evolution des strukturellen Proteins VP1 bewirkt wurde, da dadurch die Bindung der Viruspartikel an die Rezeptoren der Wirtszelle – die HBGAs – verbessert sein könnte bzw. ein breiteres Spektrum an Rezeptoren erkannt werden könnte. Bisher ist aber weitgehend unbekannt, ob im Bereich der nichtstrukturellen Proteine auch eine subgenotypspezifische Evolution stattgefunden hat und ob diese durch eine verbesserte Enzymaktivität zu der Zunahme der Infektionen beigetragen haben könnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden demnach aus unterschiedlichen Stuhlproben die beiden Enzyme NS6pro und NS7pol von jeweils einem Stamm der epidemiologisch relevanten Subgenotypen II.4-1995, II.4-2002, II.4-2004, II.4-2006a und II.4-2006b rekombinant hergestellt und betreffend ihrer Evolution und Enzymaktivität untersucht. Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass bei den epidemiologisch relevanten Subgenotypen des Genotyps II.4 im Bereich der NS6pro und der NS7pol keine subgenotypspezifische Evolution stattgefunden hat und daher keine subgenotypspezifische Enzymaktivität vorliegt. Somit hatte die Enzymaktivität der NS6pro und der NS7pol keinen Einfluss auf die Zunahme der Infektionen. Dennoch konnte aber beobachtet werden, dass durch die Mutation einer einzelnen Aminosäure – entsprechend der Position in der räumlichen Struktur der NS6pro bzw. der NS7pol – die Enzymaktivität um bis zu 100 Prozent erhöht bzw. reduziert werden kann. Bei diesen bedeutenden Mutationen ist entweder die Substratbindung oder die Koordination bzw. die Zufuhr der Reaktionskomponenten betroffen. Somit konnte bestätigt werden, dass die Zunahme der Infektionen vermutlich doch durch die Evolution des VP1 bedingt ist. Dies ist auch nachvollziehbar, da das VP1 den Eintritt der Viruspartikel in das Zellplasma erlaubt, in dem danach erst die Virusvermehrung durch die Enzyme stattfindet. Hierbei muss aber erwähnt werden, dass die Evolution des VP1 durch die Mutationsrate der NS7pol bestimmt ist, sodass die NS7pol letztendlich doch für die Zunahme der Infektionen verantwortlich ist. Um aber definitiv abzuklären, ob durch die Evolution des VP1 tatsächlich die Bindung der Viruspartikel an die HBGAs verbessert bzw. ein breiteres Spektrum an Rezeptoren erkannt wird, müssten bspw. Bindungs-Assays zwischen den entsprechenden VLPs (virus-like particles) und bereits typisierten Serum- oder Speichelproben – ähnlich den Untersuchungen von Lindesmith et al. (2008) – durchgeführt werden. Darüber hinaus müsste die Evolution und die Funktionalität der restlichen nichtstrukturellen Proteine untersucht bzw. deren Einfluss auf die Zunahme der Infektionen überprüft werden.

Als Schlüsselenzym im Renin-Angiotensin System übernimmt das Angiotensin Converting Enzyme (ACE) eine wichtige Rolle bei der Blutdruckregulierung. ACE spaltet das biologisch inaktive Angiotensin I zum vasokonstriktorisch wirksamen Angiotensin II, was zu einem Anstieg des Blutdruckes führt. Tier- und Humanstudien zeigten, dass die Aufnahme bekannter, aus dem Proteinabbau stammender ACE-Inhibitoren eine Absenkung des Blutdruckes bewirkte. In der Lebensmittelindustrie finden Hydrolysate von Milchproteinen, im speziellen von Molkenproteinen, Einsatz in hypoallergenen (HA) Säuglingsnahrungen. Obwohl das Phänomen einer ACE-Inhibierung durch HA-Nahrungen in vitro in der Literatur bereits Erwähnung fand, existieren bislang keine Angaben zu einer potentiellen Wirkung in vivo. In der vorliegenden Arbeit konnte für kommerzielle hypoallergene (HA) Säuglingsnahrung eine sehr starke ACE-Hemmung in vitro zeigen (IC50-Werte zwischen 20 und 104 mg Protein/liter), welche die für fermentierte Sauermilchprodukte dokumentierte Wirkung bei weitem überstieg.] Mittels RP-HPLC und ESI-TOF-MS konnte neben zahlreichen bekannten Peptiden mit ACE-hemmendem Effekt erstmals das aus der Primärsequenz von -Lactalbumin freigesetzte Dipeptid Ile-Trp in den HA-Nahrungen identifiziert und quantifiziert werden. Ile-Trp ist der bislang potenteste in Lebensmitteln nachgewiesene ACE-Inhibitor (IC50 = 0,7µM). HA-Nahrungen zeigten auch ex vivo im Zellsystem (HUVECs) einen stark ACE-hemmenden Effekt. Aus diesem Grunde wurde ein möglicher Einfluss der HA-Nahrungen auf den Blutdruck spontan hypertensiver Ratten untersucht. Hierfür wurden die Tiere im Rahmen einer Fütterungsstudie über 14 Wochen mit standardisiertem Futter, welchem HA-Nahrung (Gruppe 1), konventionelle Säuglingsnahrung (Gruppe 2) bzw. der bekannte ACE-Inhibitor Captopril (Gruppe 3) zugesetzt war, gefüttert. Eine vierte Gruppe mit Standardfutter diente als Kontrolle. Der Blutdruck wurde am wachen Tier nichtinvasiv mittels tail-cuff-Methode gemessen. Der systolische Blutdruck sank bei Verabreichung der HA-Nahrung nach 7 Wochen signifikant um 21 ± 8 mmHg ab im Vergleich zur Kontrollgruppe bzw. den mit konventioneller Säuglingsnahrung gefütterten Tieren. Captopril führte zur einer Blutdrucksenkung um 30 ± 7 mmHg.

Peroxidasen des Typs ClassII sowie die Chlorperoxidase waren für mehrere Jahrzehnte die einzigen bekannten sekretorischen Hämperoxidasen aus Pilzen. Im Jahr 2004 wurde eine neue, ungewöhnliche Hämperoxidase aus dem Speisepilz Agrocybe aegerita isoliert und biochemisch charakterisiert. Diese Peroxidase, heute offiziell Unspezifische Peroxygenase (UPO, EC 1.11.2.1) genannt, vereint in sich Eigenschaften sowohl intrazellulärer Cytochrom-P450-Enzyme als auch klassischer extrazellulärer, pilzlicher Peroxidasen des Typs ClassII. In dieser Arbeit wurden für den UPO-Modellorganismus A. aegerita und für andere UPO-produzierende Pilze erstmals Nukleotidsequenzen der Enzyme ermittelt und phylogenetisch analysiert. Die Genome zweier Stämme von A. aegerita wurden sequenziert. Die Ergebnisse legen nahe, dass UPOs gemeinsam mit der Chlorperoxidase Vertreter einer phylogenetisch alten Protein-Superfamilie (Häm-Thiolat-Peroxidasen) darstellen, die in allen echten Pilzen (Eumycota) zu finden ist, aber in echten Hefen und einigen hefeartig wachsenden Basidiomyceten sekundär reduziert wurde. Die natürliche Funktion dieser extrazellulären Enzyme ist bislang unbekannt. Im Labor können UPOs ausschließlich unter Verwendung leguminosenhaltiger Kulturmedien induziert werden. Die induzierende Komponente aus Soja wurde in dieser Arbeit als proteinogen identifiziert. Eine zweite neue, extrazelluläre Hämperoxidase-Superfamilie ausserhalb der ClassII-Peroxidasen wurde im Totholz bewohnenden Pilz Bjerkandera adusta entdeckt. Die als DyP-type-Peroxidasen benannten Enzyme (DyP, EC 1.11.1.19) wurden später auch in anderen Pilzen gefunden, von denen in dieser Arbeit ebenso Nukleotidsequenzen erhalten wurden. Die phylogenetische Analyse ergab, dass pilzliche Sequenzen der DyP-type-Peroxidase-Superfamilie sehr ungleichmäßig sowie ausschließlich in den Genomen höherer Pilze (Dikarya) verteilt sind und vermutlich einen prokaryotischen Ursprung haben. Transkripte von UPO- und DyP-Genen wurden in nahezu allen untersuchten Laubstreuproben aus unterschiedlich stark genutzten Waldgebieten der Deutschen Biodiversitätsexploratorien nachgewiesen. Dies legt eine biologische Funktion dieser neuen Hämperoxidase-Superfamilien in entsprechenden Habitaten nahe. / For several decades ClassII peroxidases and chloroperoxidase have been the only known secretory heme peroxidases from fungi. In 2004, a novel heme peroxidase was isolated and characterized from the edible mushroom Agrocybe aegerita. This enzym, nowadays called unspecific peroxygenase (UPO, EC 1.11.2.1), combines characteristics of intracellular cytochrom P450 enzymes as well as extracellular classII fungal peroxidases. In the course of this PhD work, for the first time nuleotide sequences of UPO model organism A. aegerita as well as other UPO producing fungi were obtained and phylogenetically analyzed. The whole-genome sequences of two strains of A.aegerita were obtained. The results suggest that UPOs and the chloroperoxidase together represent a phylogenetically old protein superfamily (of heme-thiolate peroxidases) that is found in all true fungi (Eumycota), but is secondarily reduced in true yeasts and a few yeast-like growing basidiomycetes. The natural function of these enzymes remains unclear. In the laboratory, fungi secrete UPOs solely in legume-containing culture media. The eliciting component of the legume soybean has been determined as proteinogenic. A second novel heme peroxidase superfamily outside the classII peroxidases was discovered in deadwood inhabiting fungus Bjerkandera adusta. These so-called DyP-type peroxidases (DyP, EC 1.11.1.19) were later found expressed in several other fungi for which nucleotide sequences were obtained in this work, too. Phylogenetical analysis revealed that fungal DyP sequences are exclusively but very unequally distributed in genomes of higher fungi (Dikarya). Fungal DyP sequences are seemingly decended from prokaryotes. Transcripts encoding UPOs and DyPs were found in almost every sample of leave litter (derived from forests with different intensity of human usage) investigated. This suggests biological functions of these new heme peroxidase superfamilies in respective habitats.