Projektbeschreibung
Fluoreszierende Sonden beleuchten die „dunkle Materie“ der Zellen
Das Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening ist für die Entwicklung von Arzneimitteln von entscheidender Bedeutung. Es stützt sich auf die automatisierte Prüfung tausender chemischer oder biologischer Verbindungen auf ihre Wechselwirkungen mit biologischen Zielstrukturen. Die Umgebung der verdünnten Pufferlösung unterscheidet sich jedoch deutlich von dem überfüllten intrazellulären Kompartiment im lebenden Organismus, in dem sich sehr viele Moleküle auf engstem Raum bewegen und interagieren. Ein Kandidat, der im Wirkstoffscreening gut abschneidet, muss nicht unbedingt in einer lebenden Zelle funktionieren, in der seine Bewegungen und Aktivität durch viele Hindernisse behindert werden, die in relativ kurzer Distanz alle möglichen Kräfte erzeugen. Im EU-finanzierten Projekt PArtCell werden künstliche Zellen geschaffen, die schwache, unspezifische Interaktionen nachahmen. Dieses einzigartige Präparat wird auf einer Matrix basieren, die auf einer Datengrundlage aus technisch hergestellten Fluoreszenzsonden zur Messung der Wechselwirkungen in gesunden und gestressten lebenden Zellen entwickelt wurde. PArtCell wird nicht nur Licht auf diese „dunkle Materie der Biologie“ werfen, sondern auch das Screening therapeutischer Zielstrukturen unter Bedingungen ermöglichen, die der Natur nachempfunden sind.
Ziel
In the crowded cell, nonspecific interactions between biomolecules alter biochemical equilibria. This matrix of weak nonspecific interactions is composed of hydrophobic, electrostatic, H-bonding, van der Waals, and steric interactions, and is “the dark matter of biology”.
Inaccurate prediction of the behaviour of biomolecules inside cells hampers drug discovery: A high throughput drug screen against a purified target protein in dilute buffer ignores the presence of these weak interactions and results are less relevant. High throughput screens directly in cells are however more difficult to control, interpret and measure.
PArtCell provides a key advance by combining the high level of control and ease of high-throughput screening on purified proteins, with the relevance of screening in the native environment.
The aim is to construct artificial cells that provide a physiologically relevant drug-screening platform.
We will achieve this aim by constructing artificial cells with a matrix of weak nonspecific interactions akin living cells as verified with newly engineered fluorescent probes. The probes measure hydrophobicity, electrostatics and steric effects, as well as the physicochemical state of pathogenic condensates, in healthy and stressed living cells. With this information, we will benchmark artificial cells. Drug screens are applied against pathogenic oligomers that we now can observe in these well-characterized artificial cells.
This research will update textbook knowledge and provide the molecular origin of the matrix of weak nonspecific interactions in living cells. It provides a platform that allows screening against targets under native-like conditions not achievable with other methods. This research thus provides a new opportunity to screen drugs against diseases for which we have no cure yet.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
3584 CS Utrecht
Niederlande