Quantitative Untersuchungen zur Ligandenbindung an rekombinantem humanem Serumalbumin (rHSA) und an synthetischen HSA-Domänen mit definierten Glykierungsmustern

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 585683586

Die Aldehydgruppe der Glukose kann mit der Aminogruppe der Lysinreste in Proteinen unter Bildung einer Schiffschen Base reagieren, die sich zu einem relativ stabilen Fructosyl-Lysin Rest umlagern kann, der meist als Amadori-Produkt bezeichnet wird. Diese Modifikation betrifft praktisch alle Proteine, einschließlich des humanen Serumalbumins (HSA), das 50 bis 55 % des gesamten Proteingehalts im Plasma ausmacht. HSA ist ein Transportprotein, das aus drei Domänen besteht, welche viele endogene und exogene Substanzen, wie Fettsäuren und Medikamente, mit hoher Affinität an verschiedenen Stellen binden. Es ist bekannt, dass insbesondere die Glykierung von Lysinresten in räumlicher Nähe die Bindungsaffinität dieser Verbindungen erhöhen oder verringern kann, beispielsweise bei Fettsäuren und Wirkstoffen. Umgekehrt kann jedoch auch eine gebundene Fettsäure die Glykierungsrate an benachbarten Lysinresten beeinflussen. Obwohl diese Effekte untersucht wurden, variierte der Glykierungsgrad von HSA zwischen den einzelnen Studien sehr stark und wurde in der Regel auch nicht im Detail charakterisiert, sodass die veröffentlichten Ergebnisse nur qualitativ verglichen werden können. Vor allem war das verwendete HSA sehr heterogen glykiert und war typischerweise mit AGEs (Advanced Glycation End Products) verunreinigt, die jedoch auch nicht weiter charakterisiert wurden. Die meisten Studien haben nur den Gesamtglykierungsgrad von HSA bestimmt, eine exakte Quantifizierung der relevanten Glykierungsstellen fehlte jedoch. Um dieses Problem anzugehen, werden wir rekombinantes HSA (rHSA) und rHSA-Domänen verwenden, die in Durchflussreaktoren unter definierten Bedingungen mit näherungsweise physiologischen Zuckerkonzentrationen glykiert werden. Diese Methode eliminiert weitgehend Nebenprodukte, die während einer Inkubationszeit von bis zu sechs Wochen durch den Abbau von Glukose oder der zuerst gebildeten Schiffschen Base entstehen. Mittels Massenspektrometrie und isotopenmarkierten authentischen Peptiden werden wir alle Glykierungsstellen genau quantifizieren und ihre Wirkung auf die Bindungskonstanten verschiedener Fettsäuren und Antidiabetika mittels Isothermer Titrationskalorimetrie (ITC) untersuchen. Die Glykierung in Gegenwart von Fettsäuren wird zeigen, wie gebundene Fettsäuren den Glykierungsrad in der Nähe ihrer Bindungsstellen verändern. Abschließend werden wir rHSA-Domänen mit ein oder zwei definierten Glykierungs- und AGE-Modifikationsstellen chemisch synthetisieren, um den Einfluss der relevanten Modifikationsstellen auf die Bindungsaffinitäten zu bestätigen und zu quantifizieren. Diese Ergebnisse werden es uns ermöglichen, den Einfluss erhöhter Glykierungsraten bei Diabetespatienten auf die HSA-Funktion zu bestimmen, was Rückschlüsse auf diabetesbedingte Komplikationen liefern könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen