Lokalisierung der Bindungsstelle von Metaboliten an Proteine

Das Verständnis von Interaktionen zwischen kleinen Molekülen und Proteinen ist in vielen Bereichen der Biologie von entscheidender Bedeutung, einschließlich der Enzymologie, der Zellkommunikation, der Immunologie und der Arzneimittelentwicklung. Trotz ihrer Wichtigkeit ist unser Wissen über Interaktionen zwischen kleinen Molekülen und Proteinen jedoch noch begrenzt, insbesondere im Vergleich zu den intensiv untersuchten Protein-Protein- Interaktionen. Gründe für diese Wissenslücke sind unter anderem technische Herausforderungen, die es erschweren, die Bindungspartner und insbesondere die spezifischen Bindungsstellen kleiner Moleküle zu identifizieren. Es gibt verschiedene Methoden, um herauszufinden, welche Proteine mit einem bestimmten kleinen Molekül interagieren. Dazu gehören Techniken wie chemische Pull-Down-Proteomik, thermische Proteom-Profilierung und limitierte Proteolyse. Während diese Methoden die interagierenden Proteine identifizieren können, sind sie oft nicht in der Lage, die genauen Aminosäuren zu bestimmen, die an der Interaktion beteiligt sind. Die Identifizierung genau dieser Bindungsstellen wäre aber wichtig, um biologisch wichtige Interaktionen vom Hintergrund zu unterscheiden und die biologischen Auswirkungen dieser Interaktionen vorherzusagen. Eine vielversprechende Methode, um Interaktionen zwischen kleinen Molekülen und Proteinen genauer zu kartieren, besteht in der Verwendung von Photocrosslinking, wobei flüchtige Interaktionen durch die Verwendung von UV-Licht als permanente chemische Bindungen eingefroren werden. Diese Technik könnte theoretisch auch die genauen Bindungsstellen aufdecken. In der Praxis erweist sich dies jedoch als schwierig, da nur wenige Quervernetzungen gebildet werden und die chemischen Eigenschaften jeder getesteten Substanz die Methode auf spezielle Weise beeinflussen kann. Ähnliche Herausforderungen gab es bei Studien zu Protein-Protein-Interaktionen, aber Forscher haben diese überwunden, indem sie in Massenspektrometern spaltbare Linker entwickelt haben. Diese Linker ermöglichen es, Quervernetzungen innerhalb des Massenspektrometers rückgängig zu machen. Dadurch bleiben unabhängig von den vernetzten Proteinen idente, jeweils leicht identifizierbare Modifikationen zurück, die das Erkennen und Analysieren der Interaktionen erleichtern. Das Point-of-Contact-Projekt testet die Hypothese, dass die Kombination von Photocrosslinking mit im Massenspekrometer spaltbaren Linkern unsere Fähigkeit erheblich verbessern kann, die Bindungsstellen von kleinen Molekülen an Proteinen zu identifizieren. Wir planen, diesen Ansatz an drei wichtigen Metaboliten, deren Bindungspartner unterschiedlich gut charakterisiert sind, zu testen: ATP, IMP und AICAR. Wenn der Ansatz erfolgreich ist, könnte diese Methode zu einer Standardtechnik in der chemischen Biologie werden, um Proteinzielstrukturen und Bindungsstellen kleiner Moleküle zu identifizieren.