Chemische Biologie DOI: 10.1002/ange.201108073 Photoaktivierbares Glutathion – lichtgesteuerte Protein- wechselwirkung** Volker Gatterdam, Tatjana Stoess, Clara Menge, Alexander Heckel* und Robert TampØ* Das Pseudotripeptid Glutathion (GSH), das aus den Ami- nosäuren Glutamat, Cystein und Glycin gebildet wird, ist für die Regulierung des Redoxpotentials wie auch für die Ent- giftung in eukaryotischen Zellen essenziell. [1] Das Verhältnis zwischen reduziertem und oxidiertem GSH kontrolliert das Redoxpotential in zellulären Kompartimenten. [2] Weiterhin ist GSH ein wichtiger Radikalfänger reaktiver Sauerstoff- spezies („reactive oxygen species“, ROS), die für Alterung und Wirt-Erreger-Beziehungen verantwortlich sind. Dieser oxidative Stress steht im kausalen Zusammenhang mit vielen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, Lebererkrankungen, Sichelzellenanämie, Parasitenkrankheiten, [3] AIDS, Krebs, [4] Schlaganfall und Diabetes. [5] Darüber hinaus werden Xeno- biotika wie ROS, Pharmaka und andere organische Verbin- dungen mithilfe der Glutathion-S-Transferase (GST) mit Glutathion über dessen nukleophiles Schwefelatom kovalent gebunden. [6] Diese GSH-Konjugate kçnnen mithilfe von Glutathion-S-Konjugat-Transportern zur Entgiftung aus der Zelle ausgeschieden werden. [7] Die Erkennung von GSH durch GST wird in den Biowissenschaften weit verbreitet eingesetzt, z.B. in der Proteinreinigung, [8] Hochdurchsatz- studien zu Protein-Protein-Wechselwirkungen [9] oder Prote- inimmobilisierung. [10] Wir beschreiben hier eine Mçglichkeit, die GSH-Protein- Wechselwirkung durch Licht zu induzieren. Eine optimale Kompatibilität mit Zellen oder gar Tieren ist durch die Nut- zung von Wellenlängen im sichtbaren Bereich gegeben, die keinerlei Zellschädigung zur Folge hat. Licht kann sehr genau reguliert werden, was eine räumliche, zeitliche und dosisab- hängige Kontrolle ermçglicht. In den letzten Jahren wurden viele Ansätze realisiert, die auf einer Photoaktivierung be- ruhen. [11] Photolabiles Biotin, [12] O 6 -Benzylguanin [13] und photoaktivierbares trisNTA, [14] aber auch lichtgesteuerte Anwendungen [15] wie Peptidsynthese, [16] Genregulierung [17] und strukturierte Zelladhäsion [18] sind aktuelle Beispiele. Photoaktivierbares Glutathion wurde durch Modifikation der Amin- und Carboxygruppen erreicht, welche die Erken- nung durch GST und einige weitere GSH-Bindungsproteine stark beeinflussen. Die photoaktivierbare Nitrophenylpro- pyl(NPP)-Schutzgruppe wurde verwendet. [19] Basierend auf der Rçntgenstrukturanalyse von GST mit gebundenem GSH wurden die Amin- und Carboxygruppe von g-l-Glutamat wie auch die Carboxygruppe von Glycin als mçgliche Wechsel- wirkungsstellen für chemische Modifikationen identifiziert (Abbildung 1). [20] Ein doppelt sowie ein einfach photoaktivierbares GSH, GSH NPP2 bzw. GSH NPP , wurden synthetisiert (siehe die Hin- tergrundinformationen). Ersteres zeigt eine sehr geringe Lçslichkeit in wässrigen Lçsungen, besonders nach Modifi- kation mit Fluorophoren. Deshalb wurde GSH NPP2 nur für Wechselwirkungsstudien an Oberflächen genutzt. Schutz- gruppen am C-Terminus von Glycin wurden ebenfalls reali- siert, sind aber hier nicht näher beschrieben. Die Thiolgruppe von GSH wurde zur kovalenten Modifikation mit Fluoro- Abbildung 1. a) Ergebnis der Rçntgenstrukturanalyse der humanen Glutathion-S-Transferase M2-2 mit gebundenem GSH (PDB 1XW5). [21] b) Die GSH-Bindungstaschen des Homodimers befinden sich zwi- schen beiden Monomeren. Die gepunkteten roten Linien veranschau- lichen die Wechselwirkung zwischen GST und GSH. Die SH-Funktion des Cysteins ist für Modifikationen frei zugänglich. c) Synthese und Struktur der photoaktivierbaren GSH-Verbindung GSH NPP . TMS-Cl = Trimethylsilylchlorid; TCEP = Tris(2-carboxyethyl)phosphan-Hydrochlo- rid. [*] V. Gatterdam, [+] Prof. Dr. R. TampØ Institut für Biochemie, Biocenter Cluster of Excellence Frankfurt (CEF) Goethe-Universität Frankfurt Max-von-Laue-Straße 9, 60438 Frankfurt am Main (Deutschland) E-Mail: tampe@em.uni-frankfurt.de Homepage: http://www.biochem.uni-frankfurt.de T. Stoess, [+] C. Menge, Prof. Dr. A. Heckel Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences Cluster of Excellence Frankfurt (CEF) Goethe-Universität Frankfurt Max-von-Laue-Straße 9, 60438 Frankfurt am Main (Deutschland) E-Mail: heckel@uni-frankfurt.de [ + ] Beide Autoren haben gleichermaßen beigetragen. [**] Diese Arbeit wurde unterstützt durch die DFG mit dem „Cluster of Excellence – Macromolecular Complexes“ (EXC 115) und durch die Goethe-Universität Frankfurt. Ebenfalls danken wir Wacker-Chemie für die großzügige Spende von Vorstufen für Silyl-Schutzgruppe und Tarmo Nuutinen sowie Prof. Juhani Syväoja (Universität Ostfinn- land) für den GST-eGFP-Vektor. Hintergrundinformationen zu diesem Beitrag sind im WWW unter http://dx.doi.org/10.1002/ange.201108073 zu finden. A ngewandte Chemi e 1 Angew. Chem. 2012, 124,1–5  2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim These are not the final page numbers! Ü Ü