Computergestütztes Proteindesign

Von einem verbesserten Verständnis von Proteinkomplexen könnte zukünftig die medizinische Forschung profitieren, denn das neue computergestützte Design kann bei der Entwicklung von Wirkstoffen wertvolle Dienste leisten.

Für das Design von Proteinen und Wirkstoffen ist es wichtig zu wissen, wie stark die einzelnen Aminosäuren die Bindungsstärke innerhalb eines Komplexes aus verschiedenen Proteinen beeinflussen. Diese Kenntnisse können in begrenztem Umfang aus teuren Experimenten gewonnen werden, indem einzelne Aminosäuren ausgetauscht werden und die Änderung der Bindungsstärke durch diese Mutation gemessen wird. Auch verlässliche theoretische Vorhersagen waren bisher sehr zeitintensiv und damit in vielen Fällen kaum anwendbar.

In einer Kooperation mit Instituten aus Göttingen und Zürich konnte nun die Arbeitsgruppe von Dr. Rainer Böckmann am Zentrum für Bioinformatik der Saar-Universität eine neue Computer-gestützte Methode entwickeln, welche die Vorhersage bei vergleichbarer Qualität etwa um den Faktor einhundert beschleunigt und daher ausgedehnte Untersuchungen erlaubt.

In einer ersten Machbarkeitsstudie wurde die Oberfläche des Hormons Insulin analysiert auf der Suche nach Mutationen, welche die Bindungskräfte innerhalb des Protein-Komplexes abschwächen. Der Grund: Insulin kann nur als isoliertes Protein den Blutzuckerspiegel senken. Bei hohen Insulinkonzentrationen, wie sie bei der Behandlung von Diabetis mellitus-Patienten verwendet werden, bilden die Insulin- Moleküle aber Komplexe, die den Wirkmechanismus des Hormons verzögern. Einige in der Praxis verwendete Insulin-Mutanten verhindern die Komplexbildung und können somit sehr schnell den Blutzuckerspiegel senken. Diese so genannten schnellen Insulin-Analoga konnten korrekt mit der neu entwickelten Methode reproduziert werden, neue eventuell verbesserte Insulin-Mutanten wurden entwickelt.

COMPAMED.de; Quelle: Universität des Saarlandes