Bioorthogonale Chemie enthüllt Proteinfunktionen
Für die detailliertere Erforschung zellulärer biologischer Prozesse sind genaue Kenntnisse von Proteinstrukturen, Lokalisation, posttranslationaler Modifikation und Protein-Makromolekül-Interaktionen unerlässlich. Um ein Makromolekül analysieren und manipulieren zu können, muss es mit spezifischen Markern oder Reportermoleküle versehen werden, was mittels chemischer Ligation möglich gemacht wird. In diesem Sinne forschte das EU-finanzierte Projekt Projekt BIOCHEMLIG (Bio-orthogonal chemo-specific ligation) an neuen biokompatiblen und chemospezifischen Ligationsreaktionen. Es zielte darauf ab, neue Ligationsverfahren mit hohem Wirkungsgrad, großem Anwendungsbereich, hoher Chemoselektivität und hohem Durchsatz zu entwickeln. Mithilfe von Ligationsreaktionen können kombinatorische chemische Bibliotheken erstellt, Biomoleküle markiert und supramolekulare Synthesen durchgeführt werden. Um den strengen Kriterien für den In-vivo-Einsatz gerecht zu werden, wurde eine möglichst hohe physiologische Verträglichkeit und Bioorthogonalität angestrebt. Das vierjährige Projekt forschte an neuen Reaktionen, die in der Bildgebung eingesetzt werden können, etwa bei Fluorierungsreaktionen, mit denen 18F-markierte Radiotracer für PET-Analysen (Positronen-Emissionstomographie) vorbereitet werden. Erstmals wurde dabei die Verwendung eines schonenden und schnellen palladiumbasierten Protokolls für eine 18F-C-Bindung (Bindung zwischen Radiotracer und Kohlenstoffatom) demonstriert. Ein weiterer Schwerpunkt von BIOCHEMLIG war die Entwicklung von neuen künstlichen Metalloenzymen und Methoden zur Dendrimerkonjugation. Künstliche Metalloenzyme entstehen, wenn eine katalytisch aktive metallorganische Komponente in ein Makromolekül eingefügt wird. So schlug das Projekt den Einsatz von Presenter-Proteinen für Metalloenzym-basierte Krebsmedikamente vor, um die Bindungsspezifität an makromolekulare Targets zu verbessern. Zudem wurde am Hochdurchsatz-Screening für bindungsbildende Reaktionen und vorgegebene Ligationsreaktionen sowie einer biochemischen Informatikplattform für theoretische Analysen gearbeitet. Das Projekt entwickelte neue bioorthogonale Reaktionen für Proteinmarker. Daraus gingen zwei Biosensor-Anwendungen hervor, die die genaue Analyse biologischer Proben ermöglichen. Die Ergebnisse von BIOCHEMLIG wurden in 18 unabhängigen Fachbeiträgen vorgestellt und resultierten in drei Patentanträgen. BIOCHEMLIG wird Forschern genauere und molekulare Analysen zellulärer Prozesse ermöglichen, die Erstellung einer Bibliothek für Biokonjugate beschleunigen und innovative Ansätze für die chemische Biologie liefern.
Schlüsselbegriffe
Bioorthogonal, Proteinfunktionen, kovalente Chemie, chemische Ligation, Chemoselektivität
