Röntgen-Kristallographie

Proteinkomplexe optimieren mit neuem Analysengerät

ProteoPlex hat eine Technologie des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen exklusiv lizenziert und mit MacroDSF ein Analysengerät auf den Markt gebracht, das Forschungseinrichtungen, Pharmaunternehmen und pharmazeutischen Dienstleistern bei strukturbiologischen Fragestellungen helfen kann.

Beispiel eines Proteinkomplexes: Cytochrom-c-Oxidase-Dimer (Bändermodell) vom Rind in der Membran nach PDB 1OCC. (CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1673804).

Proteine sind die Bausteine des Lebens. Sie befinden sich in allen Zellen des menschlichen Körpers und übernehmen hier wichtige Funktionen zum Aufbau der Körperstruktur oder im Stoffwechsel. Fehlerhafte Proteine können auch zur Entstehung von Krankheiten führen. Daher ist es wichtig, Proteine, ihre Strukturen und ihre komplexen Interaktionen genau zu untersuchen und zu entschlüsseln. Herkömmliche Strukturanalysen werden oftmals an einzelnen Proteinen durchgeführt. Die meisten Proteine bilden jedoch ein Netzwerk von Interaktionen. Viele sind wiederum Teil größerer Komplexe. Solche molekularen Maschinen lassen sich oftmals nur schwer in ausreichender Qualität und Quantität herstellen und untersuchen.

Um die Struktur molekularer Maschinen mittels Röntgen-Kristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie untersuchen zu können, müssen diese zunächst aufgereinigt und oftmals auch kristallisiert werden. Im Gegensatz zu kleinen Molekülen wie Zucker liegen makromolekulare Komplexe mit ihrer unregelmäßigen dreidimensionalen Struktur in ihrer natürlichen Umgebung nicht in Kristallform vor. Ihre Kristallbildung findet nur unter ganz bestimmten Bedingungen statt und hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Das MacroDSF-Gerät ermöglicht Strukturuntersuchungen, die bisher an unzureichender Probenqualität scheiterten. Denn die ProteoPlex MacroDSF-Technologie hilft dabei, optimale Konzentrationen, Puffer und Additive zu finden, um Proteine bestmöglich zu kristallisieren und zu stabilisieren. So werden die makromolekularen Maschinen für die Erforschung ihrer 3D-Struktur zugänglich.

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Proteasome als Ziel der Krebstherapie

Durch den Einsatz verschiedener Technologien ist es den Mitgründern Holger Stark und Ashwin Chari im Rahmen ihrer Forschung gelungen, die Struktur sogenannter Proteasome zu entschlüsseln und diese in extrem hoher Qualität herzustellen. Proteasome sind zelluläre Müllverwerter, die fehlerhafte und nicht mehr benötigte Proteine entsorgen.

Da bösartige Krebszellen schneller wachsen als die meisten unserer Körperzellen, produzieren diese auch mehr „Abfall“ und sind so besonders abhängig von Proteasomen, um nicht in ihrem Müll zu „ersticken“. Sie stellen damit vielversprechende Ziele für die Entwicklung von Krebsmedikamenten dar. Die von ProteoPlex vermarkteten Proteasome mit einer zehnfach höheren spezifischen Aktivität als der aktuelle Stand der Technik können daher der Pharmaindustrie zur Entwicklung besserer Inhibitoren dienen, die die Tätigkeit der Proteasome unterbinden und die Krebszellen auf diese Weise töten.

Grundlage für die ProteoPlex-Technologien sind die Arbeiten zur Strukturaufklärung von biologischen Makromolekülen von Holger Stark und Ashwin Chari am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen. Ihre Forschung erweiterte das Wissen über die Funktion solcher Moleküle und über die Gründe für die Stabilität großer Molekülkomplexe in wesentlichem Maße. „Mit Hilfe der von uns weiterentwickelten MacroDSF-Technologie sowie einem neuartigen Aufreinigungsverfahren ist es möglich, auch sehr große Proteinkomplexe in einer so reinen Form bereitzustellen, dass damit signifikant neue Erkenntnisse in strukturbiologischen Untersuchungen möglich sind“, sagt Jörg Wamser, Geschäftsführer der im Jahr 2016 gegründeten ProteoPlex GmbH.

Die Technologien wurden von Max-Planck-Innovation, der Technologietransfer-Organisation der Max-Planck-Gesellschaft, an ProteoPlex exklusiv lizenziert. „Die Strukturbiologie ist ein relativ neues Forschungsgebiet mit großem Potential. Die Forschungsarbeiten des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie können der Wissenschaft neue Einblicke in die Interaktionen von Molekülen und ihre Wirkungsweise geben. Daher freuen wir uns, dass ProteoPlex mit seinem erfahrenen Team diesen wichtigen Forschungszweig auf kommerzielle Weise vorantreibt und bereits ein erstes Produkt auf den Markt gebracht hat“, so Bernd Ctortecka, Patent- und Lizenzmanager von Max-Planck-Innovation.

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