3-D-Struktur yon DNase I bei 2,0 ~ Aufliisung Christian Oefner und Dietrich Suck

Europ/iisches Laboratorium ffir Molekularbiologie, D-6900 Heidelberg, Bundesrepublik Deutschland

3-D-Structure of DNase I at 2.0 ~x Resolution

Die Raumstruktur der Desoxyribonuclease I (DNase I) aus Rinderpankreas wurde bei einer Aufl6sung von 2,0 A durch R6ntgenstrukturanalyse yon Einkristallen bestimmt. Eine 2,5 A-Elektronendichtekarte wurde nach der Methode des mul- tiplen isomorphen Ersatzes (MIR-Methode) berechnet und ein atomares Modell des Enzyms mit Hilfe eines graphischen Dis- play-Systems in die Dichtekarte eingepagt. Dieses Modell wurde mit dem Least-Squares-Verfahren nach Hendrickson-Konnert zun/ichst bei 2,5 A-Aufl6sung verfeinert und anschliegend die Aufl6sung auf 2,0 A erweitert, wobei die Phasen des verfeinerten 2,5 A-Modells verwendet wurden.

DNase Iist ein e,fi-Protein mit zwei 6strfingigen fl-Faltblfit- tern, die dicht gegeneinander gepackt sind und die den hydro- phoben Kern einer ,,Sandwich"-Typ-Struktur bilden. Die bei- den iiberwiegend anti-parallelen fi-Faltblfitter sind umgeben von drei lfingeren und mehreren kfirzeren e-Helices, und ausgedehn- ten Loop-Regionen. Die Carbohydrat-Seitenkette, die teilweise

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ungeordnet zu sein scheint, ist fiber Asn 18 mit dem Protein verkntipft und ragt um etwa 15 A_ aus dem sonst kompakten Molekfil heraus. Das globulfire Enzym, ohne Carbohydrat-An- teil hat die ungefiihren Abmessungen 45/~ x 40 A x 35 A. Die Bindungsstelle von CaZ+-Desoxythymidin-3',5'-diphosphate (Ca-pTp) haben wir mit Hilfe von Differenz-Fourier-Methoden bestimmt. In Ubereinstimmung mit biochemischen Untersu- chungen befindet sich das essentielle His 131 in der N~ihe des aktiven Zentrums. Ca-pTp bindet an der Oberflfiche des Enzyms zwischen den beiden fi-Faltbl~ittern durch fiberwiegend elek- trostatische Wechselwirkungen mit geladenen Aminosfiuren- Seitenketten. Die Geometrie des aktiven Zentrums und ebenso das Faltungsmuster der DNase I zeigen keine signifikante Ahn- lichkeit mit der Staphylococcus-Nuclease, der einzigen anderen Ca 2 +-abhfingigen Desoxyribonuclease, deren Struktur zu hoher Aufl6sung bekannt ist. Die Elektronendichtekarte zeigt, daB das Enzym unter Kristallisationsbedingungen (pH 6,6) zwei Ca z +- Ionen bindet.

Literatur

Suck D, Oefner C, Kabsch W (1984) Three-dimensional struc- ture of bovine pancreatic DNase I at 2.5 A resolution. EMBO J 3 : 2423 - 2430

Fresenius Z Anal Chem (1985) 321:649 �9 Springer-Verlag 1985

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