Proteinmarkierung & -modifikation

Proteine bestehen aus Polypeptidketten und ihre biologischen Funktionen werden teilweise durch die korrekte Faltung, Größe und Anzahl der reaktiven funktionellen Gruppen in der Polypeptidkette bestimmt. Die Fähigkeit zur Durchführung ortsspezifischer Proteinmodifikationen bietet Wissenschaftlern die Möglichkeit, zahlreiche Eigenschaften und ihre allgemeine biologische Funktion zu untersuchen. Zu den Technologien der Proteinmarkierung und -modifikation gehören der Einbau von Fluorophoren, Biotin und anderen kleinen Molekülen zur Untersuchung von Protein-Protein-Wechselwirkungen, der Proteinfaltung, der allgemeinen Proteinstruktur und ihrer biologischen Funktion.

Fluoreszenzmarkierung von Proteinen

Die Entdeckung und verbreitete Anwendung von grün fluoreszierendem Protein (GFP) ist ein leistungsstarkes Beispiel dieser Technologie. GFP und sein Gegenmolekül hatten einen enormen Einfluss auf zahlreiche Forschungsbereiche und unsere Einblicke in biologische Prozesse. So ermöglicht zum Beispiel die Fluoreszenzmarkierung von Antikörpern den Nachweis und die quantitative Bestimmung hochspezifischer Proteinkomplexe in Geweben oder die direktionale Immobilisierung von Antikörper-Protein-Komplexen für ELISA- und Western-Blot-Anwendungen. Ein bedeutender Nachteil der Verwendung von GFP ist jedoch, dass die Proteinfunktion durch den Einbau zusätzlicher Protein-Tags dieser Größe gestört werden kann. Um diese Herausforderung zu umgehen, können Wissenschaftler kleinere Fluoreszenz-Tags als GFP, Biotin oder nicht natürliche Aminosäuren mit biorthogonaler Funktionalität verwenden.

Enzym-Protein-Konjugation

Der Einbau spezieller Enzyme oder Sonden ist eine weitere Methode, die von Wissenschaftlern zur Markierung von Proteinen eingesetzt wird. Häufig verwendete Enzym-Protein-Konjugate sind alkalische Phosphatase (AP) und Meerrettichperoxidase (HRP). Die Anwendung von Enzym-Protein-Markierungstechnologien bietet zahlreiche Vorteile, da sie eine Signalamplifikation sowie verschiedene Signalausgaben ermöglichen und zahlreiche Substrate für jedes Enzym zur Verfügung stehen. Die Signalausgabe erfolgt häufig in Form eines fluoreszenten, chemilumineszenten und kolorimetrischen Nachweises. Diese verschiedenen Signalausgaben sind für immunhistochemische (IHC) oder immunfluoreszente (IF) Nachweismethoden in Zellen und Geweben geeignet.

Neue Proteinmarkierungstechnologien

Im Rahmen der Krankheits- und Wirkstoffforschung wird derzeit eine Technologie zum gezielten Proteinabbau näher untersucht, um neue Wirkstofftargets und potenzielle Therapeutika zu identifizieren. Bei der Proteolyse-Targeting-Chimären (PROTACs)-Technologie werden bifunktionelle Moleküle eingesetzt, deren eines Ende an das krankheitsspezifische Zielprotein bindet, während das andere Ende an eine E3-Ligase bindet, um das Protein aus der Zelle zu eliminieren. Durch die kombinierte Spezifität dieser Moleküle für ein breites Spektrum an krankheitsspezifischen Zielproteinen und ihre Fähigkeit, diese mittels interner zellulärer Proteinabbausysteme gezielt dem Proteinabbau zuzuführen, stellen sie eine leistungsstarke Proteinmarkierungstechnologie für die Krankheitsforschung dar.

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