Herstellung von Proteinkomplexen vereinfacht
Proteine sind die Bausteine des Lebens. Sie spielen außerdem in vielen zellulären Prozessen die Hauptrolle. Diese komplizierten Prozesse werden jedoch zumeist durch eine ganze Anzahl von Proteinen bestimmt, die innerhalb von Proteinkomplexen in Wechselwirkung stehen. Ein neues Verfahren zur Herstellung von Multiproteinkomplexen, entwickelt von teilweise durch die EU finanzierten Wissenschaftlern, könnte nun dazu beitragen, die Erforschung dieser wichtigen, aber schwer zugänglichen Komplexe zu erleichtern. Was die neue Methodik in den Mittelpunkt des Interesses der pharmazeutischen Industrie rückt: Sie könnte Wege zur Entdeckung neuer Ansatzpunkte für Medikamente weisen. In einer in der Fachzeitschrift Nature Methods erschienenen Veröffentlichung beschreiben Wissenschaftler des Europäischen Labors für Molekularbiologie (EMBL) und ihre Kollegen aus Frankreich, der Schweiz, Schweden und dem Vereinigten Königreich "die erste durchgehend automatisierte Technologie zur Herstellung von Multiproteinkomplexen" mit der Bezeichnung ACEMBL. "Funktionelle und strukturelle Untersuchungen, die darauf abzielen, physiologisch relevante molekulare Mechanismen dieser [Multiprotein]- Komplexe zu entschlüsseln, nehmen in der Biologie immer mehr an Bedeutung zu", erklärt das Forscherteam. Doch in den Zellen seien oft nicht genügend Proteinkomplexe enthalten, um eine sinnvolle Analyse durchführen zu können. Außerdem stünde die "häufig heterogene Beschaffenheit vieler Multiuntereinheits-Komplexe [...] oft der Gewinnung aus einer nativen Quelle entgegen." Zur Umgehung dieser Hindernisse setzen Biologen auf rekombinante Herstellungsmethoden, bei denen Bakterien - am häufigsten das Darmbakterium Escherichia coli (E. coli) - insofern manipuliert werden, dass sie die erforderlichen Proteine durch Einbau rekombinanter DNA bilden (rekombinante DNA existiert nicht auf natürliche Weise, sie wird durch die Kombination von DNA-Sequenzen erzeugt). Das Verfahren ist allerdings kompliziert und zeitraubend. Es begrenzt außerdem die Komplexität der Proteine, die hergestellt werden können, und birgt Probleme bei deren Anpassung, wobei die Anpassungsfähigkeit in Fällen, in denen ein Experiment wiederholt werden muss, von wesentlicher Bedeutung ist. Dem gegenüber kommt bei dem neuen ACEMBL-Verfahren anstelle der konventionellen Gentechnik eine molekularbiologische Methode zur Manipulation von DNA mit der Bezeichnung Recombineering (abgeleitet von recombinogenic engineering) zum Einsatz, die zusätzliche Zwischenschritte und einen genau definierten, zu ersetzenden Abschnitt des DNA-Strangs erfordert. Das ACEMBL-System kann Komplexe mit einer Vielzahl von Komponenten wie zum Beispiel Proteine und Ribonukleinsäure (RNA) herstellen. "Arrays von Genen, Verschlüsselungen von Untereinheiten eines bestimmten Multiproteinkomplexes und möglicherweise auch akzessorische Proteine (ein Protein, das ein anderes Protein mit einer primären Funktion begleitet und unterstützt) [...] können mithilfe des ACEMBL-Systems zusammengesetzt, auseinandergenommen und ausgetauscht werden", teilen die Forscher mit. "So bieten sich faszinierende Möglichkeiten zur kombinatorischen Analyse von Protein-Protein-Wechselwirkungen oder von Wechselwirkungen zwischen Proteinkomplexen und Modifikatoren." Derzeit arbeitet das komplett automatisierte ACEMBL-System - wie auch herkömmliche Systeme - auf der Basis von E. coli Bakterien. "E. coli bleibt nach wie vor aus vielen guten Gründe wie etwa niedrigen Kosten und Verfügbarkeit vieler spezialisierter Expressionsstämme das vorherrschende Arbeitspferd in den meisten Labors", so die Studie. Für die Zukunft hoffen die Forscher, das Verfahren an die Produktion in komplexeren Zellen und in den im menschlichen Körper arbeitenden komplexeren Systemen anpassen zu können. Die Arbeit wurde teilweise durch EU-Projekte wie das Projekt SPINE2C ("From receptor to gene: structures of complexes from signalling pathways linking immunology, neurobiology and cancer") und das Projekt 3D-Repertoire ("A multidisciplinary approach to determine the structures of protein complexes in a model organism") innerhalb des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) der EU finanziert. Die Entwicklung der Technologie erhielt außerdem Fördermittel aus den Programmen Europäische Infrastrukturen für die Strukturbiologie (European Infrastructures for Structural Biology, INSTRUCT) und Plattformen zur Proteinherstellung (Protein Production Platforms, PCUBE), die beide über das Siebten Rahmenprogramm (RP7) finanziert werden.
Länder
Schweiz, Frankreich, Schweden, Vereinigtes Königreich