Struktur und Mechanismus einer Aspartimid‐abhängigen Peptidligase in humanem Legumain

Peptidligasen erweitern das genetisch kodierte Repertoire der Proteinstrukturen und ‐funktionen. Unter Verbrauch von ATP oder NTP knüpfen diese Ligasen nicht‐kanonische Peptidbindungen. Hier beschreiben wir die Entdeckung einer konzeptuell neuen Ligaseaktivität im humanen Legumain (AEP). Legumain ist eine Cysteinprotease, die eine wichtige Rolle für die Immunabwehr und im Tumorgeschehen spielt. Diese Aufgaben wurden bis dato ihrer gut charakterisierten Proteaseaktivität zugeschrieben. Völlig unerwartet erweist sich der der Ligaseaktivität zugrunde liegende Mechanismus unabhängig vom katalytischen Cystein. Stattdessen wird bei der Ligation die Umwandlung eines energiereichen, metastabilen Aspartimids zu Aspartat als endogenes Energiereservoir genutzt. Während die Proteasefunktion bei saurem pH dominiert, zeigt die Ligase bei neutralem pH ihr Aktivitätsoptimum. Diese pH‐Abhängigkeit der beiden gegensätzlichen Aktivitäten legt nahe, dass die Lokalisierung des Enzyms über seine Funktion bestimmt. Relevant wird diese duale Wirkungsweise beispielsweise beim reversiblen Ein‐/Ausschalten von Inhibitoren der Cystatin‐Familie, bei der (In‐)Aktivierung von Enzymen, wie auch bei der Generierung von 3D‐Epitopen für die Beladung von MHCII‐Rezeptoren. Zudem stellt das hier verwendete Aspartat‐Aspartimid(Succinimid)‐Paar eine neue Möglichkeit dar, endergonische Reaktionen in ATP‐armen Umgebungen durch Kupplung zu realisieren.