Anwendung einer enyzmatischen Proteinmarkierungsstrategie durch Transfer von CDP-Cholin-Analoga

• Antragsteller: Professor Dr. Aymelt Itzen
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223362792

Das Verständnis der molekularen Details zellulären Lebens erfordert die funktionelle Untersuchung von Proteinen und ihren Interaktionspartnern. Das grundlegende Problem mit Proteinen ist die Schwierigkeit der Visualisierung von individuellen Biomolekülen in schwer kontrollierbaren Umgebungen wie z.B. unter zellulären Bedingungen oder in komplexen Proteinmischungen.Da alle Proteine chemisch sehr ähnlich untereinander sind (trotz ihrer verschiedenen zellulären Funktionen und biochemischen Eigenschaften) ist die Markierung eines ausgewählten Zielproteins zur Untersuchung seiner Aufgaben und zellulären Dynamiken technisch sehr anspruchsvoll. Die spezifische und vollständige Modifikation von funktionellen Proteinen mit chemischen Gruppen ist eine der kompliziertesten Ziele in Biochemie, Proteinchemie und Zellbiologie aufgrund der empfindlichen Natur dieser Biomoleküle. Als einen möglichen Lösungsansatz schlagen wir hier eine Kombination aus organischer Chemie und Enzymologie vor um ortspezifisch markierte Proteine zu erzeugen. Diese Methode wird Proteine mit chemischen Reportern auch in anspruchsvollen Proteinmischungen modifizieren können und ist kompatibel mit anderen Markierungsstrategien ist. Das Konzept basiert auf der Ausnutzung der biochemischen Aktivität der Legionellenenzyme AnkX und Lem3: AnkX verwendet Cytidindiphosphatcholin (CDP-Cholin) und modifiziert kurze Peptidsequenzen mit Phosphocholingruppen an den Aminosäuren Serin oder Threonin. Lem3 kehrt diese Modifikation an Serinen hydrolytisch um. In der vorherigen Förderperiode des Schwerpunktprogramms SPP1623 (2012-2015) haben wir die Eignung von AnkX und Lem3 zur Markierung und Demarkierung von kurzen Oktapeptidsequenzen (TITSSYYR) im biochemischen Detail charakterisiert. Zusätzlich haben wir chemisch-produzierte CDP-Cholinderivate mit Fluoreszenzgruppen und Polyethylenglykolverknüpfungen ausgestattet und ihre Kompatibilität mit AnkX und Lem3 bestätigt. Diese Untersuchungen bieten nun einen exzellente Grundlage für die Weiterentwicklung und Optimierung der Phosphocholin-basierten Proteinmarkierungsstrategie und zur Beantwortung biologischer Fragestellungen in vivo und in vitro.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1623: Chemoselektive Reaktionen für die Synthese und Anwendung funktionaler Proteine
• Internationaler Bezug: Schweden
• Mitverantwortlich: Dr. Bengt Christian Hedberg