Wirkstofftests – Molekulare Bindungen einfach prüfen

In einer Zelle herrscht auf den ersten Blick ein Durcheinander von mehr als 10.000 unterschiedlichen Proteinen. Trotzdem laufen die Reaktionen sehr geordnet ab. Dies funktioniert, weil die Moleküle definierte Bindungen ganz spezifisch nur mit wenigen anderen Molekülen eingehen.

So funktionieren auch viele Arzneimittel: Wird für eine Therapie ein Therapeutikum entwickelt, soll der Wirkstoff ausschließlich an die betreffenden Zielmoleküle binden. So lassen sich Dosierung und Nebenwirkungen minimieren.

Ein Team um den LMU-Physiker Professor Dieter Braun und den LMU-Chemiker Professor Dirk Trauner haben nun eine Methode entwickelt, um die Bindungsstärke zwischen Proteinen in ihrem natürlichen Zustand zu untersuchen.

In der neuen Methode müssen die Zielmoleküle der Wirkstoffe zur Bestimmung ihres Bindungsverhaltens nicht mehr an Oberflächen gebunden werden, was zu Artefakten führen kann. Anders als bei gängigen Methoden, die mit künstlichen Farbstoffen arbeiten, nutzten die Forscher die natürliche UV-Fluoreszenz der Zielmoleküle aus.

Wenn Moleküle auf der Strecke bleiben

Zunächst füllten sie eine Lösung mit einem Zielmolekül in eine dünne Kapillare und gaben die Wirkstoffe langsam und dosiert dazu. Diese bewegen sich darin wie auf einer Rennstrecke, angetrieben durch einen mikroskopischen Temperaturunterschied. Fand eine Bindung an einen passenden Wirkstoff statt, so änderte sich ihre Geschwindigkeit.
Überraschend war, daß die Geschwindigkeitsänderung auch zeigte, an welchen Ort am Zielmolekül eine Bindung des Wirkstoffes stattfand. Zusätzlich konnten damit auch verschiedene Arzneimittelklassen direkt im Messignal unterschieden werden.

Die neue Methode erlaubt es, Messungen durchzuführen die bislang nahezu unmöglich waren. Die Messungen sind dabei einfach durchführbar und ein vielversprechendes Hilfsmittel, um das Wissen über Proteinwechselwirkungen zu erweitern. Die neue markierungsfreie Methode der „Microscale Thermophoresis“ (MST) eignet sich besonders für Screeningverfahren mit einer großen Anzahl einzelner Tests, weils sie einen sehr geringen Probenverbrauch hat.
Für diese Studie arbeitete das Forscherteam um Professor Dieter Braun, der auch Mitglied im Exzellenzcluster “Nanosystems Initiative Munich (NIM) ist, und Professor Dirk Trauner, der dem Exzellenezcluster „Center for Integrated Protein Science Munich“ (CiPSM) angehört, eng mit dem LMU-SpinOff NanoTemper zusammen. (NIM/suwe)

Publikation:
“Label-Free Microscale Thermophoresis Discriminates Sites and Affinity of Protein-Ligang Binding”. Susanne A. I. Seidel, Christoph J. Wienken, Sandra Geissler, Moran Jerabek-Willemsen, Stefan Duhr, Alwin Reiter, Dirk Trauner, Dieter Braun, and Philipp Baaske. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, XY (Article first published online: 24 September 2012, print 15.10.)

Kontakt:
Prof. Dieter Braun
Systems Biophysics and Functional Nanosystems
Ludwig-Maximilians-Universität München
Amalienstrasse 54, 80799 München
E-Mail: dieter.braun@lmu.de
Tel: 0049-(0)89-2180-2317