Die Leader Protease Lbpro des Maul-und-Klauenseuche Viruses gehört zu der Familie der Papain-Cysteinproteasen und ist ein wichtiger Virulenzfaktor des Viruses. Es ist das erste Protein das am Genom des Viruses codiert ist. Während der Expression in der Wirtszelle spaltet es sich autocatalytisch vom wachsenden Polypeptid ab. Danach stoppt es die eukaryotische Translation durch die proteolytische Spaltung des eukaryotischen Translations-initiationfaktors 4GΙ and ΙΙ, wodurch unter anderem die Synthese von IFN verhindert wird. Die Proteinsynthese des viralen Genoms ist nicht beeinträchtigt, da die Translation von einer 'Internal Ribosome Entry Site' (IRES) initiiert wird. Kristallstukturen von Lbpro (1QOL.pdb), als auch von einer verkürzten Mutante, sLbpro (1QMY.pdb), der sechs C-terminale Aminosäuren fehlen, existierten bereits. Diese zeigten, dass Lbpro durch die Bindung der C-terminalen Aminsäuren im aktiven Zentrum eines benachbarten Lbpro Moleküles und umgekehrt dimerisiert. Diese Dimerisierung konnte bei der verkürzten Mutante nicht beobachtet werden. Zusätzlich war bei dieser der C-Terminus nicht sichtbar, was daraufhin weiste, dass dieser unstrukturiert und flexible ist Untersuchungen mittels NMR von Lbpro (2JQF.pdb) und sLbpro (2JQG.pdb) bestätigten die Dimerisierung von Lbpro, zeigten aber, dass Lbpro in Lösung ein symmetrisches Dimer bildet. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass der C-Terminus von sLbpro wirklich unstrukturiert und flexibel ist. Das Ziel dieser Arbeit war die NMR Strukturen von Lbpro und sLbpro zu verfeinern. Vollständigere Zuordnung konnte durch die Verwendung von dreifach Resonanz TROSY Experimenten erzielt werden. TROSY Experimente haben ein verbessertes 15N Relaxationsverhalten. Dadurch haben die Peaks dieser Spektren eine geringere Peakbreite, wodurch diese Peaks einfacher und genauer zugeordnet werden können. Für die Verfeinerung der Strukturen wurden dipolare Kopplungen gemessen. Dipolare Kopplungen erstellten Orientierungsbeschränkungen über große Distanzen. Im Fall für Lbpro sind sie daher nicht nur nützlich um die Struktur zu verfeinern, sondern auch um die genaue Orientierung der beiden Hälften des Dimers relativ zueinander zu bestimmen. Für beide Proteine, Lbpro and sLbpro wurden unterschiedliche dipolare Kopplungen gemessen. Die Proteine wurden durch den Phagen PF1 im Magnetfeld orientiert. Die Elemente des Orientierungstensors wurden durch least square fitting der gemessenen dipolaren Kopplungen unter der Zuhilfenahme der Kristallstrukturen berechnet. Die dipolaren Kopplungen wurden dann als zusätzliche Orientierungsbeschränkungen für die Berechnung der Strukturen eingesetzt. Die erhaltenen Strukturen zeigen eine bessere Konvergenz verglichen mit den existierenden NMR Strukturen. Zusätzlich ist die Anzahl von Aminosäuren, welche energetisch günstigere dihedarale Winkel,  und , aufweisen höher. Dies ist vor allem bei sLbpro der Fall. Die quartäre Struktur, die von Lbpro erhalten wurde, zeigt verglichen mit der NMR-Struktur (2JQF.pdb), dass beide Strukturen denselben Drehungswinkel haben, jedoch unterscheidet sich ihr Beugungswinkel um ca. 20-25°.

The leader protease Lbpro of the Foot-and-Mouth Disease Virus (FMDV) belongs to the family of papaine-like cysteine proteinases and is an important virulence determinant of the virus. It is the first encoded protein on the viral genome. During expression in the host cell it is autocatalytically cleaved from the growing polypeptide. Subsequently, it shuts down eukaryotic translation by cleavage of eukaryotic initation factor 4GΙ and ΙΙ thus preventing among others IFN synthesis. The protein synthesis from the viral genome is not affected as translation is initiated from an internal ribosomal entry site (IRES). Crystal structures of Lbpro (1QOL.pdb) as well as of a shortened mutant sLbpro (1QMY.pdb), lacking six C-terminal residues, already existed. They revealed dimerisation of Lbpro by binding of the C-terminal residues to the active site of an adjacent Lbpro molecule and vica versa. This dimerisation was not observed for the shortened mutant. Furthermore the C-terminus was not observable indicating that it is fexible and disordered. NMR studies of Lbpro (2JQF.pdb) and sLbpro (2JQG.pdb) confirmed the dimerisation of Lbpro but they revealed that Lbpro forms a completely symetric dimer in solution. Additionally the C-terminus of sLbpro was shown to be indeed unstructured and flexible The aim was to refine the NMR structures of Lbpro as well as of sLbpro. More complete assignment could be achieved with the use of triple resonance TROSY experiments. TROSY experiments have a more favourable 15N relaxation behaviour resulting in spectra whose peaks have smaller widths allowing more accurate peak assignment. For the refinement of the structures, residual dipolar couplings (RDCs) were measured. RDCs provided long range orientational restraints. In the case of Lbpro they are not only useful to refine the structure but also to determine the precise orientation of the two halves of the dimer to each other. For both proteins, Lbpro and sLbpro, various dipolar couplings were measured. The proteins were oriented via the phage PF1 in the magnetic field. The alignment tensor elements were determined by least square fitting of the measured dipolar couplings using the coordinates from the crystal structures. The dipolar couplings were then used as additional restraints for structures calculation. The structures obtained show a better convergence compared with the existing NMR structures. Their precision is a least as good as the precision of the crystal structures. Additionally the frequency of amino acid residues with energetically favorable dihedral angles,  and , is higher especially for sLbpro. The quarternary structure of the obtained Lbpro compared to the NMR structure (2JQF.pdb) has the same twist angle but differs in the bending angle of about 20-25°.