Proteine an- und ausknipsen

News: Proteine an- und ausknipsen

Wissenschaftler haben einen "Schalter" für Proteine entwickelt. Sie knüpften Polymere an die großen Molekülkomplexe, die dort je nach Zustand die Aktivität ihrer Bindungspartner beeinflussen. In ihrer ausgestreckten Form schirmen sie die Bindungsstelle der Proteine ab und verhindern somit das Andocken der eigentlichen Reaktionspartner. Knäueln sich die Polymere aufgrund von Temperatur- oder Säureschwankungen jedoch zusammen, ist der Zutritt wieder frei. Und das Protein kann seiner eigentlichen Aufgabe nachgehen.

Dagmar Knopf

Wer ein Gerät nicht mehr braucht, schaltet es ab. Die Zelle hat eine ganze Reihe von Mechanismen entwickelt, mit denen sie reguliert, wer wann welche Aufgaben erfüllt. Doch auch Wissenschaftler möchten gern kontrollieren können, wann beispielsweise ein Enzym ein Substrat bindet oder sein aktives Zentrum blockiert: Sie sind auf der Suche nach einem Ein-Aus-Schalter für Proteine.

Patrick Stayton und Allan Hoffman von der University of Washington forschen schon seit längerem an der Verwendung von Polymeren "mit Gedächtnis", um den Zugang an den Bindungsstellen von Proteinen zu kontrollieren. Solche Polymere können auf einen Wechsel der Umgebungsbedingungen mit veränderten Eigenschaften reagieren, aber auch bei der Rückkehr zu den Ausgangsbedingungen ihren ursprünglichen Zustand wieder einnehmen.

In ihren ersten Untersuchungen koppelte das Team winzige Polymerketten in direkter Nähe der Bindungsstelle ans Protein. "Die Idee war, dass das Polymer in eine kompakte Form kollabieren würde, wenn es seine Eigenschaften ändert," sagte Stayton. "Wenn es sich ausdehnt, würde es einem Molekül, das die Stelle erkennt, das Andocken erlauben." Außerdem könnte ein kollabierendes Polymer einen Konkurrenten aus der Bindungsstelle rauswerfen. Da der ganze Prozess reversibel ist, können die Forscher das Abfangen spezifischer Moleküle nach Belieben steuern und auf Kommando die Bindung wieder lösen. Doch die Nähe zur Bindungsstelle schränkte die Größe der abzufangenden Proteine ein. Nur kleine Exemplare fanden neben den Polymeren noch ausreichend Platz, größere konnten nicht mehr binden.

Also unternahmen die Forscher einen Schritt in die andere Richtung. Statt die Polymerketten so dicht neben der Bindungsstelle zu platzieren, rückten sie sie weiter weg. Nun schützte die ausgestreckte Kette die Andockstelle, und kein anderes Molekül konnte zu diesem Zeitpunkt hier Platz nehmen. Zusammengefaltet war die Kette aber aus dem Weg und ließ auch großen Molekülen freien Eintritt zur begehrten Bindungsstelle. Auch können die Forscher recht genau bestimmen, wen oder was sie abfangen wollen, sie müssen nur die Größe der Polymerkette variieren. Eine kleine Veränderung der Umgebungsbedingungen – und schon ändern sich die Eigenschaften der Kette. "Es ist wie ein Schalter", sagte Stayton.

Mit dieser neuen Technik eröffnen sich viele Möglichkeiten auf dem Feld der Biotechnologie. So könnten etwa Bluttests vereinfacht werden. Mit Hilfe der Polymere können spezielle Bestandteile aus der Lösung gefischt werden. Aber auch auf dem Feld der Computerentwicklung soll das neue System eine Zukunft haben. Was bislang mit nicht-biologischen Komponenten erfolgt, soll auch mit dem Labor auf dem Chip erfolgreich sein. Besonders wenn die cleveren kleinen Moleküle sich nicht nur durch Temperatur- und Säureschwankungen beeinflussen lassen, sondern auch durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge: an mit sichtbarem Licht, und zum Ausschalten einfach etwas UV-Licht. Das ist dann ein richtiger Schalter.