Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Henning Mootz und Doktorand Christoph Humberg von der Universität Münster hat bedeutende Fortschritte im Bereich des Protein-Spleißens erzielt. Protein-Spleißen besteht aus der Entfernung von Inteinen aus Peptidketten, was für die korrekte Faltung und Funktion der Proteine entscheidend ist. In einer aktuellen Studie wurde ein spezifisches Problem mit gespaltenen Inteinen identifiziert, das die Effizienz der Reaktion im Labor beeinträchtigt. Dies geschah vor dem Hintergrund, dass Proteinfehlfaltungen als eine der Hauptursachen für diese Schwierigkeiten erkannt wurden. uni-muenster.de beschreibt, dass eine neu entwickelte Methode dazu in der Lage ist, solche Fehlfaltungen zu verhindern. Die Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell unterstützt.
Die Relevanz der gespaltenen Inteine, die in der Grundlagenforschung sowie in der Biotechnologie von Nutzen sind, kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Diese Inteine ermöglichen die Synthese chimärer Proteine, die aus zwei unterschiedlichen Fragmenten bestehen, wobei eines in Säugerzellen und das andere chemisch oder aus Bakterienzellen gewonnen wird. Um diese Fragmente herzustellen, untersuchte das Team das Inteins Aes, das ein breites Anwendungsspektrum eröffnet. Trotz der Innovationen zeigte sich jedoch, dass ein großes Teil eines der Fragmente als inaktives Proteinaggregat vorlag.
Optimierung der Produktivität
Durch umfangreiche bioinformatische Analysen konnten die Forscher spezifische Aminosäuren identifizieren, die für die Fehlfaltung verantwortlich sind. Es gelangen ihnen gezielte Punktmutationen im Intein-Fragment, wodurch die Bildung der Aggregatstrukturen nahezu vollständig unterdrückt wurde. Diese Optimierungen führten zu einer signifikanten Steigerung der Produktivität des gespaltenen Inteins, was die praktischen Anwendungen für zukünftige biochemische Forschungen erheblich verbessern könnte.
Historisch gesehen hat die Forschung zu Protein-Spleißen eine lange Tradition. Bereits 1990 wurde das Protein-Spleißen erstmals im Hefepilz Saccharomyces cerevisiae beobachtet, und seither wurden Hunderte von Inteinen in verschiedenen Mikroorganismen identifiziert. pmc.ncbi.nlm.nih.gov betont die vielfältigen Anwendungen von gespaltenen Inteinen in biotechnologischen Prozessen, insbesondere in der synthetischen Biologie, wo sie beispielsweise zur Bildung nativer Peptidbindungen verwendet werden. Trotz der Fortschritte bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen, die einer breiteren praktischen Nutzung von Technologien zum trans-splicing von Proteinen im Wege stehen.
Vielfältige Anwendungen und Ausblick
Die Anwendungsmöglichkeiten sind weitreichend: Sie reichen von der Lipidierung von Proteinen bis hin zu Modifikationen von Zelloberflächen und dem Einsatz in der segmentalen isotopischen Markierung. Neu entdeckte gespaltene Inteine, wie NpuDnaE aus Nostoc punctiforme, zeigen verbesserte Splicing-Effizienzen und erweitern die Bandbreite der potenziellen Anwendungen in der Proteinforschung. Die Herausforderungen der bisherigen Systeme werden durch innovative Ansätze zur Optimierung der Eigenschaften der Inteine adressiert.
Dank der Fortschritte in der Forschung hat das Themenfeld Protein-Spleißen das Potenzial, neue Wege in der Biochemie zu eröffnen und eine vielversprechende Basis für die Entwicklung künftiger Medikamente und therapeutischer Ansätze zu bieten. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov hebt die Bedeutung der Protein-Spleiß-Technologien in der biochemischen Forschung sowie deren Rolle in der Proteingenese hervor, die letztlich zum Verständnis von Krankheitsverläufen beitragen könnten.