Erzeugung kovalenter Addukte zwischen Nukleotide und Proteinen: Anwendung als Werkzeuge und Modulatoren der Proteinaktivität

• Antragsteller: Professor Dr. Roger S. Goody; Professor Dr. Daniel Rauh
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435700499

Nukleotid-bindende Proteine sind in der Biologie weit verbreitet und essentiell. Wichtige Beispiele sind Nukleosidtriphosphat-bindende und -hydrolysierende Proteine, die nicht nur eine Hydrolyse zu Nukleosiddiphosphaten und anorganischem Phosphat als primäre Funktion haben, sondern die mit dieser Hydrolyse verbundene hohe Änderung der freien Enthalpie in Prozessen wie der Energieumwandlung (z. B. Proteine wie Myosin, Kinesin oder Dynein) oder Signaltransduktion (z. B. G-Proteine oder andere GTPasen wie die der Ras-Familie) nutzen. Um die funktionellen Mechanismen solcher Proteine zu verstehen, ist es oft notwendig, die Eigenschaften ihrer Komplexe in vitro und in vivo entweder mit dem jeweiligen Nukleosiddiphosphat oder Nukleosidtriphosphat zu charakterisieren. Um mögliche Missinterpretationen zu vermeiden, die bei der Stabilisierung eines bestimmten Zustands durch die Einführung von Punktmutationen im jeweiligen Protein mit eventuell auftretenden unbeabsichtigten Nebeneffekten auftreten können, beabsichtigen wir Methoden zu entwickeln, die eine kovalente Bindung der jeweiligen Nukleotide an das Protein ermöglichen. Die zu entwickelnden Nukleotid-Derivate sind dabei in erster Linie als Werkzeuge für biochemische, biophysikalische und zellbiologische Untersuchungen gedacht. In Abhängigkeit der Eigenschaften der entwickelten Substanzen könnten diese aber auch zur spezifischen Inhibierung von Proteinen, die an Krankheitsprozessen wie beispielsweise Krebs beteiligt sind, genutzt werden. Dieses Ziel umfasst die Adressierung der onkogenen Varianten G12C und G13C von Ras unter Verwendung von Cystein-reaktiven Gruppen, die an das Nukleotid angehängt sind und das Ras-Protein in einem inaktiven Zustand blockieren könnten.Die Arbeit umfasst daher die Synthese der gewünschten Nukleotidanaloga (Rauh), die biophysikalische und biochemische Charakterisierung ihrer Bindungseigenschaften (Goody) und die röntgenkristallographische Charakterisierung (Rauh), um Moleküle mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Ein Molekül, welches KRas G13C kovalent adressiert, wurde bereits gefunden und wird zurzeit eingehend charakterisiert und weiter optimiert. Zu einem späteren Zeitpunkt werden die Moleküle in zellulären Systemen getestet, um ihre inhibitorische Wirksamkeit auf KRas G12C oder G13C-abhängige Krebszelllinien zu evaluieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen