Zusammenhang zwischen Proteinstruktur und Glycosylierung
Über die Glycosylierung werden Faltung, Reifung, Transport und Sekretion wie auch Funktion des Proteins reguliert. Zunächst werden Glycanvorläufer im endoplasmatischen Retikulum produziert und gelangen dann in den Golgi-Komplex, wo die Modifikation durch Anhängen verschiedener Zuckermotive fortgeführt wird. Dadurch sind Glycanstrukturen sehr heterogen, nicht nur in Organismus, Zelle und Protein, sondern auch am Ort der Glycosylierung. Neben der biologischen Bedeutung ist diese Heterogenität auch für die Herstellung pharmazeutischer Substanzen mit spezifischer und reproduzierbarer Glycandiversität relevant. Um die Glycanheterogenität bei rekombinanten Proteinen zu reduzieren, sollen nun die einzelnen Glycanstrukturen genauer analysiert werden. Die EU-finanzierte Projekt GLYCAN HETEROGENEITY (Influence of the protein sequence and structure on the glycan micro-heterogeneity) sollte hierfür untersuchen, wie die Glykanheterogenität durch Wechselwirkungen zwischen Protein und Glycan beeinflusst wird. Dies wurde mit klassischen biochemischen und molekularbiologischen Ansätzen an einem Glycoproteinmodell mit fünf Glykosylierungsstellen in Kombination mit Hochleistungsmassenspektrometrie untersucht. Dabei hatte jede der fünf Stellen ein spezifisches Glycanprofil und Stelle 4 die am wenigsten entwickelte Glycanstruktur. Die Wissenschaftler ermittelten den wahrscheinlichsten Syntheseweg für jede einzelne Stelle und auch die enzymatische Umwandlungsrate, um mögliche Engpässe im Prozess aufzuzeigen. Offenbar interagiert Glycan an Stelle 4 stark mit einer spezifischen Aminosäure der Proteinoberfläche und verhindert, dass modifizierende Enzyme auf das Glykan zugreifen können. Mutationen dieser Aminosäure bewirken, dass sich das Profil zu stark verarbeiteten Glykanen hin verschob, was wiederum Möglichkeiten eröffnet, das Glycosylierungsprofil durch eine einzelne Punktmutation im Protein zu modifizieren. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Proteinstruktur die Glycanverarbeitung nicht nur durch sterische Prozesse beeinflusst, sondern auch durch direkte Interaktion spezifischer Aminosäuren mit der Glykanstruktur. So könnte die Modifikation der Proteinsequenz ein alternativer Ansatz für die Synthese rekombinanter Glykoproteine auf industrieller Ebene sein.
Schlüsselbegriffe
Proteinstruktur, Glykosylierung, Glycan, GLYCAN HETEROGENEITY, Aminosäure
