Project

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Deciphering the (patho)physiologic role of epoxide hydrolases by ex vivo cartography of their substrate landscape

Applicant Arand Michael
Number 146635
Funding scheme Project funding
Research institution Institut für Pharmakologie und Toxikologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Pharmacology, Pharmacy
Start/End 01.02.2014 - 31.01.2018
Approved amount 562'920.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Pharmacology, Pharmacy
Biochemistry

Keywords (4)

Bacterial pathogenicity; Substrate identification; Epoxide hydrolase; Lipid signaling

Lay Summary (German)

Lead
Epoxidhydrolasen sind Enzyme, die zwei wichtige Aufgaben im menschlichen Organismus wahrnehmen. Zum Einen entgiften sie chemisch reaktive Epoxide, die als Zwischenprodukte beim körpereigenen Abbau von Fremdstoffen entstehen können und potentiell erbgutschädigend sind. Zum Anderen regulieren sie die Konzentration von endogenen Signalmolekülen mit Epoxidstruktur, die in der Steuerung wichtiger physiologischer Prozesse, z.B. Blutdruckregulation und Schmerzwahrnehmung, eine zentrale Rolle einnehmen.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Unser Forschungsprojekt zielt darauf ab, die individuellen Funktionen der derzeit bekannten 5 menschlichen Epoxidhydrolasen in den oben beschriebenen Aufgabenbereichen mit einem neuen Verfahren mit bisher nicht erreichter Präzision zu erfassen. Wir machen uns hierbei zunutze, dass die Enzyme ihre Substrate umsetzen, indem sie vorübergehend eine chemische Bindung mit ihnen eingehen. Durch genetische Manipulation werden wir diesen Übergangszustand "einfrieren" und durch nachfolgende chemische Analyse des Enzym-Substrat-Komplexes ein authentisches Bild der Substratverarbeitung der individuellen Enzyme im jeweils gegebenen Kontext, also gewebespezifisch und behandlungsabhängig, erhalten. Dies erlaubt uns den Rückschluss auf die quantitative Bedeutung der einzelnen Isoenzyme für den jeweils katalysierten Stoffwechselschritten und erlaubt ihre Funktionszuordnung zu den dadurch bewirkten Entgiftungs- und Steuerungsprozessen.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

Die Bedeutung von Epoxidhydrolasen in Entgiftungsprozessen ist schon länger bekannt. Im Gegensatz dazu ist ihre Funktion als Regulatoren physiologischer Stoffwechselprozesse ein hochaktuelles Forschungsgebiet, das, obwohl noch jung, bereits erste präliminäre Studien zur Eignung von Epoxidhydrolasen als Zielstruktur pharmakotherapeutischer Interventionen hervorgebracht hat. Wir erwarten, dass unsere Arbeiten eine wesentliche Grundlage für die rationale Strategie zur Entwicklung von entsprechenden Arzneistoffen liefern werden.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 18.11.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Thomas Krämer/Institut für Rechtsmedizin/UZH Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
Prof. Steven Brown/Institut für Pharmakologie und Toxikologie/UZH Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
PD Dr. Laurent Bigler/Institut für Organische Chemie/UZH Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
Prof. Darryl Zeldin/NIEHS United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
108326 Functional analysis of mammalian epoxide hydrolases 01.06.2006 Project funding
108326 Functional analysis of mammalian epoxide hydrolases 01.06.2006 Project funding
127201 Predictive Toxicology 01.10.2009 ProDoc

Abstract

In the present project, we plan to use a novel method to elucidate the physiologic function of epoxide hydrolases by identifying which substrates they prefer in vivo. The method takes advantage from the molecular mechanism of mammalian EHs, that form a covalent enzyme substrate complex in the first step of enzymatic turnover. The second, hydrolytic step in the catalysis can be selectively blocked by introducing a point mutation into the enzyme protein. We will express such trapping mutants in vivo with the aid of adeno associated virus expression constructs and identify the attached substrates from relevant target tissues with the aid of high resolution LC-MS/MS.Three major questions will be addressed:1) What is the physiologic role of the hitherto orphan human epoxide hydrolases EH4 and peg1/MEST?2) Which substrates are preferred by the well characterized sEH, mEH and EH3 in a tissue and treatment-specific manner?3) Is the epoxide hydrolase activity of Cif, an enzyme secreted by the pathogen Pseudomonas aeruginosa, a major contributor to the pathogenicity of the bacterium?From answering these questions we expect a fundamental gain in the understanding of the role of EHs in mammalian/human physiology and new leads for the development of novel therapeutic strategies. The development of the method itself we regard as a major breakthrough in identifying the real contribution of enzymes under investigation in the in vivo situation in an unbiased manner.
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