FWF - GlycoProbes - Ein neues Konzept für aktivitätsbasierendes Protein-Profiling von Enzymen des Kohlenhydratmetabolismus

Glycowissenschaften sind ein interdisziplinär ausgerichtetes Wissenschaftsgebiet, welches durch die übergeordnete Bedeutung von Kohlenhydratstrukturen im Netzwerk von Chemie, Biologie und Medizin großes Potential für zukünftige Errungenschaften in sich birgt und von großem wissenschaftlichen aber auch sozialen Interesse ist. Gleichzeitig muss aber auch festgestellt werden, dass gerade in dieser Wissenschaftsdisziplin in vielerlei Hinsicht noch großer Forschungs-Nachholbedarf besteht. Kohlenhydratstrukturen und Enzyme, welche Kohlenhydratverbindungen (Glycokonjugate) im Körper metabolisieren, spielen eine wichtige Rolle innerhalb und außerhalb der Zellen. Eine Störung im Kohlenhydratmetabolismus bzw. eine Fehlfunktion der Enzyme führt zu Anomalien von Struktur und Funktion von Glycokonjugaten, was zu vielen unterschiedlichen Erkrankungen wie z.B. Diabetes, bakteriellen oder viralen Infektionskrankheiten, immunologischen Krankheitsbildern, Krebs, lysosomalen Speicherkrankheiten und anderen genetische Defekten führen kann. Kürzlich wurde nachgewiesen, dass diese Enzyme bzw. Strukturen auch eine wichtige Rolle bei Alzheimer und Parkinson spielen. Sehr häufig ist der genaue Wirkmechanismus der beteiligten Kohlenhydratstrukturen allerdings noch immer unbekannt. In diesem Projekt sollen Glycosonden basierend auf Iminoalditstrukturen für aktivitätsbasierendes „Enzym-profiling und –labeling“, hergestellt werden. Dabei soll ein für diese Enzymklasse neues Konzept, „ligand-directed chemistry for protein labeling“, entwickelt werden. Diese Methode ist für kohlenhydratmetabolisierende Proteine neu. Der Vorteil dieser Methode gegenüber den bisherigen ist es, das Protein nicht innerhalb des aktiven Zentrums kovalent zu markieren, sondern an einer Stelle außerhalb des katalytischen Zentrums, wodurch nach dem Markierungsschritt das Enzym in seiner natürlichen aktiven Form erhalten bleibt. Dadurch ist ein Echtzeit-Monitoring von Enzymaktivitäten in lebenden Organismen möglich, welches komplett neue Ansätze für die Untersuchung von biologischen und medizinischen Fragestellungen liefert, wie zum Beispiel die Aufklärung von Enzym-Wirkmechanismen in Krankheitsbildern und dadurch das Entwickeln von neuen therapeutischen Ansätzen. Alle hergestellten Strukturen werden auf ihre biologischen Eigenschaften mit den entsprechenden Proteinen untersucht, das erste Screening mit kommerziell erhältlichen CPE soll im Haus etabliert werden, Strukturen mit geeigneten Eigenschaften werden von internationalen Kooperationspartnern für unterschiedliche Anwendungen untersucht werden. Diese Resultate dienen als Grundlage für iteratives Design von Verbindungen mit verbesserten Eigenschaften. Alle synthetisierten Verbindungen werden in einem standardisierten Format in eine virtuelle Verbindungsbibliothek eingepflegt, welche international für WissenschaftlerInnen auf dem Gebiet der Glycowissenschaften zur Verfügung gestellt wird.