Peptid Ligation durch Aptamer Template - auf dem Weg zu synthetischen Ligasen

• Antragsteller: Dr. Sebastian Pomplun
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412851589

Das Interesse an bioorthogonalen Reaktionen ist in den letzten Jahren fortdauernd gewachsen. Man bezeichnet Reaktionen als bioorthogonal, wenn sie die chemische Modifizierung von Biomolekülen unter physiologischen Bedingungen ermöglichen. Diese Reaktionen sind wichtige Tools in der chemischen Biologie, z.B. bei der Entwicklung von Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten, PEG-stabilisierten Proteinen oder für die chemische Synthese von Proteinen. Die Einschränkung unter physiologischen Bedingungen arbeiten zu müssen begrenzt den Einsatz vieler organischer Reaktionen. Darüber hinaus ist die selektive Markierung von spezifischen Aminosäureresten durch chemische Strategien schwer zu erreichen, da in der Norm in Proteinen jede Aminosäure mehr als einmal vorhanden ist und auch mehrere andere potentiell reaktive Gruppen interferieren können. Es gibt Enzyme, die spezifische Peptidsequenzen erkennen und helfen können, diese Schwierigkeiten zu überwinden, aber die künstliche Entwicklung von Enzymen mit neuen Erkennungsspezifitäten ist sehr kompliziert. Außerdem müssen Enzyme üblicherweise durch komplexe biotechnologische Verfahren entwickelt und hergestellt werden. Wir schlagen hier einen neuartigen Ansatz vor, der die Vorteile chemischer und enzymatischer Biokonjugationstechniken kombiniert: Zwei Reaktionspartner werden so designed, dass sie unter normalen Biokonjugationsbedingungen unreaktiv sind; ihre Reaktion miteinander wird erst ausgelöst, wenn ein Template (das ist wie eine Schablone zu verstehen) sie in unmittelbare Nähe zueinander bringt. Die Reaktionspartner sind in diesem Fall zwei Peptide von denen eines am C-Terminus und das andere am N-Terminus „semi-reaktive“ Funktionalitäten tragen, die nicht spontan miteinander reagieren. Das Template ist für die Erkennung des Reaktionsproduktes entworfen und fügt somit die beiden Peptide so zusammen, dass die Ligation der beiden Fragmente getriggert wird, weil ihre lokale Konzentration drastisch erhöht wird. Das Template sollte idealerweise ein Molekül sein, das durch einen einfachen und effektiven Evolutionsprozess entworfen werden kann. Hoch attraktive Kandidaten für einen solchen Ansatz sind Aptamere. Aptamere sind kurze Ribo- und Desoxyribonukleinsäuresequenzen und haben das Potential an praktisch jedes Target zu binden. Sie werden chemisch synthetisiert und in einem einfachen in vitro Evolutions-Anreicherungs-Selektionsprozess für ein bestimmtes Target entwickelt und ausgewählt. In diesem Projektantrag zeigen wir Strategien zur Identifizierung geeigneter semi-reaktiver Peptide und beschreiben Methoden für die Entwicklung von Aptamer-Templates, die spezifisch die Reaktion zwischen den beiden Resten auslösen. Die Verwendung dieser Methodik für die Synthese stabiler Antikörper-Wirkstoff-Konjugate ist als ein praktisches Anwendungsbeispiel vorgestellt. Eines der Peptid Fragmente kann direkt im Protein koexprimiert werden, so dass diese Technologie eine praktische neue Biokonjugationmethode darstellt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Bradley L. Pentelute