Die Membranprotein-Konformation abbilden
Membranproteine fungieren als Kanäle für die Internalisierung von Eisen, Nährstoffen und Wirkstoffen. Außerdem nehmen Membranproteine Signale aus der Umwelt auf und übertragen diese in das Zelleninnere. Hierdurch tragen sie zur intrazellulären Kommunikation bei. Fast die Hälfte aller Medikamente funktionieren über die Bindung an Membranproteine. Dies verdeutlicht deren medizinische Bedeutung, hebt jedoch auch hervor, warum es erforderlich ist, deren Struktur zu bestimmen. Die hydrophobische Beschaffenheit von Membranproteinen ist nicht mit den bewährten strukturellen Analyseverfahren wie einer Röntgenkristallographie und einer NMR-Spektroskopie kompatibel. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MEMBRANE PROTEINS (Visualizing the structure and function of elusive membrane receptor proteins of the human cell) wurde an der Entwicklung einer alternativen Methode für die Bestimmung der Konformation von Proteinmembranen gearbeitet. In diesem Zusammenhang wandten Forscher zur Messung des Wasserstoff-/Deuteriumaustauschs(HDX) bei gelösten Proteinen ein leistungsstarkes, auf Massenspektrometrie basierendes Alternativverfahren an. Unter Anwendung dieses Verfahrens erforschte das Konsortium die Struktur und die Interaktionen des T-Zell-Rezeptors (TCR), welcher an der Antigenpräsentation beteiligt ist und welcher für die menschlichen Immunreaktionen von entscheidender Bedeutung ist. Durch eine Bestimmung der Unterschiede zwischen gelösten TCRs und TCRs, die durch relevante antigenbeladende MHC-Komplexe gebunden sind, erlangten Wissenschaftler unschätzbar wertvolle strukturelle Informationen. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die konstanten als auch die variablen Domänen in beiden TCR-Ketten einen stark geschützten Kern aufwiesen. Nach der Bindung des MHC-Komplexes beobachteten die Wissenschaftler einen verringerten HDX in mehreren unterschiedlichen Regionen des TCR, was darauf hindeutet, dass diese Regionen an der Bindung beteiligt sind. Die CDR (Complimentary Determining Regions)-Loop-Strukturen der variablen TCR-Domäne, die als verantwortlich für die Antigenerkennung gelten, waren vor dem HDX geschützt. Weitere experimentelle Nachweise zeigten, dass jeder MHC-Komplex über eine Bindung in unterschiedlichem Ausmaß zum MHC-Komplex beitrug. Diese wäre für die Gestaltung neuer TCR-Varianten von Nutzen. Insgesamt gesehen ergab die MEMBRANE-PROTEINS-Methode detaillierte Einblicke in die Struktur und Funktion des TCR, Außerdem lässt sich die Methode auf andere Membranproteine übertragen. Dies könnte für die Gestaltung neuer TCR-Varianten zu Behandlungszwecken genutzt werden.
Schlüsselbegriffe
Membranprotein, Struktur, Massenspektrometrie, HDX, TCR, MHC
