Durchbruch beim Protein-Spleißen: Forscher lösen Faltungsrätsel!

Münster, Deutschland - Ein Forschungsteam der Universität Münster, geleitet von Prof. Dr. Henning Mootz und Doktorand Christoph Humberg, hat bedeutende Fortschritte im Bereich des Protein-Spleißens erzielt. Diese neueste Untersuchung, die im Rahmen der Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt wurde, behandelt die Herausforderungen und Fortschritte bei der Herstellung komplexer Proteine, die für die Grundlagenforschung und Biotechnologie von entscheidender Bedeutung sind. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Protein-Spleißen ist ein biochemischer Prozess, bei dem Inteine, proteinhaltige Domänen, eine entscheidende Rolle spielen. Sie sorgen dafür, dass sich Peptidketten korrekt falten, indem sie sich selbst entfernen und die angrenzenden Sequenzen verbinden. Diese Fähigkeit der Inteine, ihre eigene Exzision durchzuführen, ist vergleichbar mit der der sogenannten nativen chemischen Ligation (NCL). Während der letzten 13 Jahre haben sich gespaltene Inteine als nützliche Werkzeuge in zahlreichen biotechnologischen Anwendungen etabliert, insbesondere zur Bildung nativer Peptidbindungen. Trotz der Fortschritte gibt es jedoch immer noch Einschränkungen, die eine breitere praktische Nutzung dieser Technologien behindern. So betont ein Artikel auf PubMed Central, dass ein tieferes Verständnis der Struktur und Funktion von gespaltenen Inteinen notwendig ist.

Herausforderungen bei Protein-Spleiß-Verfahren

Das Münsteraner Forschungsteam hat ein Problem mit gespaltenen Inteinen identifiziert, das die Effizienz der Reaktionen im Labor stark herabsetzt. Insbesondere wurde festgestellt, dass eine erhebliche Menge eines der Fragmente als inaktives Proteinaggregat vorlag, was auf spezifische Fehlfaltungen hinweist. Bioinformatische Analysen haben Aminosäuren identifiziert, die für diese Fehlfaltungen verantwortlich sind. Um die Produktivität der gespaltenen Inteine zu steigern, entwickelte das Team eine Methode zur gezielten Einführung von Punktmutationen, die die Bildung dieser Aggregate nahezu vollständig unterdrückt.

Die effiziente Anwendung der Protein-Spleiß-Technologie eröffnet neue Möglichkeiten in der Proteinchemie. In den letzten Jahren wurden neue split DnaE-Inteine entdeckt, die verbesserte Splicing-Effizienzen aufweisen und eine breitere Anwendbarkeit bieten. Beispielsweise belegen aktuelle Studien, dass NpuDnaE aus Nostoc punctiforme schnellere Splicing-Raten ermöglicht und damit neue Anwendungen wie die Modifikation von Oberflächenproteinen und segmentale isotopische Markierung unterstützt.

Zukunftsausblick und Anwendungen

Die Einsatzmöglichkeiten der Protein-Spleiß-Technologie sind vielfältig. Sie reicht von der Entwicklung neuer Medikamente bis hin zur Untersuchung der Krankheitsprogression. Die Methodik erleichtert die Einführung von nicht-natürlichen Aminosäuren und posttranslationalen Modifikationen, was von zentraler Bedeutung für aktuelle biochemische Forschungsfragen ist. Dennoch bleibt die vollständige Ausschöpfung des Potenzials von bedingtem Protein-Spleißen eine Herausforderung, die weiteren Forschungsaufwand erfordert.

Insgesamt zeigt die Forschung der Universität Münster, die auf den Grundlagen und Fortschritten im Bereich der Proteinbiochemie basiert, wie wichtig die Untersuchung und Optimierung von Inteinen für die zukünftige Entwicklung biotechnologischer Anwendungen ist. Mit der konsequenten Weiterentwicklung dieser Technologien könnten in der Molekularbiologie neue Maßstäbe gesetzt werden, die das Verständnis von Proteinen und deren Funktionen revolutionieren.