Forschende der Universität Leipzig analysieren Modelle mit Hilfe von KI

Adhäsions-GPCRs sind eine Gruppe von Zelloberflächensensoren, die mit vielen Körperfunktionen und Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Sie sind allerdings noch nicht ausreichend untersucht, um sie für Therapien zu nutzen. Das will der Sonderforschungsbereich 1423 an der Universität Leipzig ändern. Wissenschaftler der Medizinischen Fakultät haben nun ein innovatives Nummerierungssystem für die GAIN-Domäne entwickelt, eine Proteindomäne, die allen Adhäsions-GPCRs gemein ist. Es soll helfen, die Rolle dieser Proteindomäne bei Krankheiten besser einzuordnen und den Weg für präzisere experimentelle Ansätze zu ebnen. Die Arbeit wurde im renommierten Journal Nature Communications veröffentlicht.

Adhäsions-G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bilden eine große Klasse von Membraneiweißen, die im Körper chemische und mechanische Reize erkennen. Bei der Aktivierung von Adhäsions-GPCRs spielt die GAIN-Domäne eine zentrale Rolle. Bisher war die Forschung durch die geringe Ähnlichkeit der Aminosäuren-Abfolge verschiedener GAIN-Domänen untereinander eingeschränkt, was den Wissenstransfer und vergleichende Analysen erschwerte. Das neu entwickelte Nummerierungssystem von Forschenden der Universität Leipzig schafft jetzt eine einheitliche Grundlage zum punktgenauen Transfer von Forschungsergebnissen zwischen verschiedenen Modellsystemen und dem Menschen. Es basiert auf der strukturellen Analyse von über 14.000 modellierten Strukturen der GAIN-Domäne, die mit Hilfe neuester KI-Methoden generiert wurden.

Peter Hildebrand, Professor für Membran- und Zellbiophysik an der Universität Leipzig, der die Studie mit internationaler Beteiligung leitete, sagt: „Unser neues Nummerierungssystem ist ein wichtiger Schritt in der GPCR-Forschung. Es erleichtert die Grundlagenforschung und fördert vergleichende Studien. Es bietet eine solide Basis für weiterführende biochemische, bioinformatische und strukturbiologische Forschung.” Das neu entwickelte System ermöglicht es zum Beispiel, krankheitsrelevante Mutationen in GAIN-Domänen besser zu verstehen, was eine tiefere Einsicht in ihre Rolle bei Krankheiten wie Krebs bietet.

Analyse für Nierenerkrankung nutzbar

In der aktuellen Publikation stellten die Wissenschaftler fest, dass ihr Nummerierungssystem auch die Analyse und den Vergleich der GAIN-Domänen von Proteinen der polyzystischen Nierenerkrankung ermöglicht. Bei dieser genetischbedingten Erkrankung kommt es zur Bildung von flüssigkeitsgefüllten Zysten in den Nieren und in anderen Organen.

Florian Seufert, Erstautor der aktuellen Publikation und Doktorand am Institut für Medizinische Physik und Biophysik, sagt: „Die interdisziplinäre Arbeit im SFB1423 und unsere Kontakte nach Berlin und Kopenhagen bringen vielfältige Perspektiven in ein solches Projekt. So konnten wir unser System anwenderfreundlich entwickeln und so die Tür für zahlreiche neue Forschungsmöglichkeiten öffnen. Wir nutzen das System bereits zur Unterstützung zweier Projekte, in denen wir die Funktion der GAIN-Domäne weiter untersuchen.“

Das neue Nummerierungssystem wurde in die international weithin genutzte Datenbank zu GPCRs integriert, was den weltweiten Zugang und den Wissensaustausch für Forschende erleichtert.

Originalpublikation
Florian Seufert, Guillermo Pérez-Hernández, Gáspár Pándy-Szekeres, Ramon Guixà-González, Tobias Langenhan, David E. Gloriam & Peter W. Hildebrand
Journal: Nature Communications
Article Title: Generic residue numbering of the GAIN domain of adhesion GPCRs
Article Publication Date: 02 January 2025
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55466-6

Die aktuelle Publikation ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1423 „Strukturelle Dynamik der GPCR-Aktivierung und Signaltransduktion“ entstanden, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Prof. Dr. Peter Hildebrand ist aktuell auch an einer Publikation im Journal Nature Reviews Drug Discovery zur GPCR-Forschung beteiligt.

Weitere Informationen
Prof. Dr. Peter Hildebrand
Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Universität Leipzig
Telefon: +49 341 97-15712
peter.hildebrand@medizin.uni-leipzig.de

Florian Seufert, M.Sc.
Institut für Medizinische Physik und Biophysik
florian.seufert@medizin.uni-leipzig.de

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