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Einmal ohne Zucker, bitte

21.06.2010
Braunschweiger Helmholtz-Forscher entwickeln neue Methode, um komplexe Proteine vereinfacht herzustellen.

Wissenschaftler des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) haben eine neue Methode entwickelt, die es ermöglicht, eine bestimmte Art von Proteinen einfacher zu untersuchen. Diese sogenannten Glykoproteine sind kompliziert aufgebaut und daher meist nur schwer zu analysieren. Die neue Methode basiert darauf, das gewünschte Protein von einer veränderten Wirtszelle produzieren zu lassen.


Ein Proteinkristall unter dem Mikroskop. Mithilfe der Kristalle können Strukturbiologen die 3D-Struktur von Proteinen entschlüsseln. Foto: K. Büssow / HZI, Braunschweig

Das Besondere an den Zellen: Sie bauen die eigentlich komplexen Glykoproteine stark vereinfacht nach. Damit fällt es den Forschern leichter, ihre Struktur zu entschlüsseln. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler der Abteilung „Strukturbiologie“ jetzt in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Protein Science“ veröffentlicht.

Proteine sind die zentralen Grundbausteine aller Zellen: Sie geben Struktur, haben Transportfunktionen oder spielen bei Infektionen eine wichtige Rolle. Damit Proteine ihre Aufgaben erfüllen können, erhalten sie eine Vielzahl chemischer Veränderungen. Eine wichtige Modifikation sind kleine Zuckerreste: Diese spezielle Art von Molekülen stabilisieren Proteine und lassen sie funktionsfähig bleiben. In der Zelle werden diese kleinen Reste in mehreren Schritten nach und nach an die Struktur des neu gebildeten Proteins angehängt.

Während diese Reste einerseits wichtig sind für die Funktion des Proteins, stören sie andererseits Strukturbiologen daran, diese Proteine zu untersuchen. Wissenschaftler des HZI entschlüsseln den Aufbau von Proteinen, die an Infektionen beteiligt sind, um neue Angriffspunkte für Medikamente oder Therapien zu entwickeln. Um die Struktur eines Proteins zu entschlüsseln, benötigen die Forscher einen Proteinkristall. Diese Kristalle entstehen, wenn ein Protein in einer Lösung unter bestimmten Bedingungen für lange Zeit erschütterungsfrei inkubiert wird. Die Zuckerreste an den Eiweißen erschweren jedoch, dass sich Kristalle bilden.

„Wir haben nach einer Möglichkeit gesucht, Proteine mit so wenig Zuckerresten wie möglich herzustellen“, sagt Dr. Konrad Büssow, Leiter der Projektgruppe „Expression von Säugerproteinen“ in der HZI-Abteilung „Strukturbiologie“. Zwar lassen sich durch Enzyme unerwünschte Zuckerreste entfernen, dies sei jedoch aufwändig und kann den Proteinen schaden.

Die Forscher stießen bei ihrer Suche auf eine veränderte Zell-Linie, die nur wenige Zuckerreste an die Proteine anhängt. Diese sogenannten Lec-Zellen brechen den Anbau von Zuckerresten bereits nach einigen Schritten ab. Wenn die Forscher das Gen für ein gewünschtes Protein in diese Zellen einbrachten, stellten die Lec-Zellen das Protein mit nur wenigen, einfach zu entfernenden Anhängen her.

„Mit dieser Methode können wir jetzt auch Glykoproteine untersuchen, die zum Beispiel bei der Immunabwehr oder der Interaktion eines Krankheitserregers mit dem Wirt eine Rolle spielen und die früher nur schwer oder gar nicht zu kristallisieren waren“, sagt Professor Dirk Heinz, Leiter der Abteilung „Strukturbiologie“ am HZI.

Originalartikel: Glycoprotein production for structure analysis with stable, glycosylation mutant CHO cell lines established by fluorescence-activated cell sorting. Wilke S, Krausze J, Gossen M, Groebe L, Jäger V, Gherardi E, van den Heuvel J, Büssow K. Protein Sci. 2010 Jun;19(6):1264-71.

Dr. Bastian Dornbach | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-hzi.de

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