Bestimmung von Bindungsstellen in biomolekularen Komplexen

Biologische Prozesse werden auf molekularer Ebene durch die spezifische Wechselwirkung von Biomolekülen gesteuert. Für das grundlegende Verständnis von biochemischen Abläufen ist neben der Bestimmung der Biomolekülstrukturen selbst auch die Charakterisierung ihrer Interaktionen in biomolekularen Komplexen von wesentlicher Bedeutung. Auch um neue pharmakologische Wirkstoffe zu finden, die anstelle eines natürlichen Bindungspartners mit einem Targetmolekül wechselwirken, ist die Bestimmung von Bindungsstellen in biomolekularen Komplexen essentiell. Für die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen gibt es mehrere experimentelle Ansätze, darunter die Röntgen-Kristallstrukturanalyse und die Kernspinresonanz- Spektroskopie. Eine relativ neue und in der Entwicklung befindliche Methode für die Charakterisierung von Biomolekülen ist die moderne Massenspektrometrie. In diesem Projekt sollen zwei komplementäre Strategien zur Bestimmung von Bindungsstellen in biomolekularen Komplexen mit massenspektrometrischen Methoden realisiert werden. Beide Strategien basieren auf Radikalchemie unmittelbar nach der Desolvatisierung der Komplexe. Im ersten Ansatz werden durch Elektronentransfer Radikalreaktionen im intermolekularen Grenzflächenbereich des Komplexes ausgelöst, was zu lokalen Spaltungen des Biomolekülrückgrats führt. Eine Analyse der Biomolekülfragmente mittels hochauflösender Massenspektrometrie identifiziert dann die Aminosäuren bzw. Nukleotide im Bindungsbereich, d.h. es wird ein direkter Abdruck der Wechselwirkungsstelle erhalten. Der zweite Ansatz dagegen beruht auf Radikalchemie an der exponierten Oberfläche des Komplexes, die stabile oxidative Modifikationen der Proteine und Rückgratspaltungen der Nukleinsäuren zur Folge haben. Die massenspektrometrische Analyse der Oxidations- oder Spaltungsprodukte identifiziert dann die Aminosäuren bzw. Nukleotide an der Komplexoberfläche, und liefert somit einen komplementären "Negativ"-Abdruck der Wechselwirkungsstelle der Komplexpartner. Der massenspektrometrische Ansatz bei beiden Methoden hat den besonderen Vorteil, dass mit natürlichen, d.h. unmodifizierten, nichtgelabelten Substanzen gearbeitet werden kann. Durch die Einbindung der Massenspektrometrie sind beide Methoden ausserdem wesentlich empfindlicher und schneller als herkömmliche Techniken und bieten prinzipiell das Potential zur Automatisierung. Die Modellsysteme zur Entwicklung und Validierung beider Methoden umfassen sowohl Protein- als auch Nukleinsäure-Komplexe von grosser biologischer Bedeutung und Aktualität.