Structure-functional studies of lectins from pathogenic organisms

Mgr. Josef Houser, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Lektiny jsou heterogenní skupinou proteinů vázajících cukry. Jsou všudypřítomné a mohou se podílet na množství procesů, mj. na mezibuněčné komunikaci, interakci patogenů s hostitelem či tvorbě biofilmu. Jsou rovněž užitečným nástrojem v biotechnologii a mohou být využity i v humánní medicíně. Hlavní projekt byl zaměřen na lektiny z Aspergillus fumigatus, zejména na protein AFL. Tento lektin byl připraven v rekombinantní podobě a byl charakterizován jak po stránce strukturní tak funkční. Byla prokázána jeho přítomnost na povrchu konidií a prověřena jeho interakce s lidskými epiteliálními buňkami. Druhý projekt se věnoval tzv. AAL rodině lektinů, kam patří rovněž lektin AFL. Detailně jsme prozkoumali mutantní lektin AALN224Q, včetně určení struktur několika jeho komplexů s různými cukernými ligandy. Rovněž jsme analyzovali mutanty lektinu RSL, což je bakteriální lektin z téže rodiny. Pomocí mutageneze a in silico přístupu jsme zkoumali vliv CH-π interakcí na vazbu cukru a částečně jsme osvětlili specifitu lektinových vazebných míst. Končným cílem je celkové pochopení interakcí mezi proteinem a sacharidem. To by nám mělo poskytnout cenný nástroj pro aplikačně orientovaný výzkum, jako jsou studie sacharidů a glykoproteinů, diagnóza rakoviny či léčba infekcí. Přestože je třeba vykonat ještě mnoho práce, dosavadní výsledky jsou nadějné.

Abstract:

Lectins are heterogeneous group of sugar-binding proteins. They are ubiquitous and may be responsible for various processes such as cell-cell communication, host-pathogen interaction or biofilm formation. They are also a useful tool for biotechnology and can be utilized in human medicine. In the main project, we focused on lectins from Aspergillus fumigatus, especially protein AFL. The lectin was prepared in recombinant form and characterized in both structural and functional way. It was proven to be present on the surface of conidia and its interaction with human epithelial cells was also tested. The second project was dedicated to AAL lectin family, where AFL belongs to. We performed a detailed study of AALN224Q mutant lectin including determination of several structures with various sugar ligands. We also analyzed mutants of RSL lectin, which is a bacterial member of the family. Using the mutagenesis and in silico approach, we examine the role of CH-π interactions on sugar binding and also shed a light on the specificity of lectin binding sites. The ultimate goal is to completely understand the protein-saccharide interactions and this way offer a valuable tool for application-oriented research, such as complex carbohydrate and glycoprotein study, cancer diagnosis or infections treatment. More work needs to be done, the current results are nevertheless promising.

Keywords

lektin, lectin, host-pathogen interaction, sacharid, carbohydrate, Aspergillus fumigatus, struktura proteinu, protein structure, X-ray crystallography, rentgenová krystalografie

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 8. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 11. 9. 2014
• Supervisor: prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.
• Reader: dr. Serge Perez, prof. Mgr. Marek Šebela, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biomolecular Chemistry