image: Artistic representation of protein-drug interaction in a blood sample. view more
Credit: Tobias Wüstenfeld
Wenn ein Medikament an ein Protein bindet, wird die Struktur dieses Proteins enger und öffnet sich erst bei höheren Temperaturen. In ihrer Studie haben Mikhail Savitski - Gruppenleiter und Leiter der Proteomics Core Facility am EMBL Heidelberg - und sein Team zusammen mit Wissenschaftlern von Cellzome Proteine geschmolzen, um deren Eigenschaften zu analysieren. Dabei konnten sie Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen mehreren Proteinen oder zwischen Proteinen und Medikamenten gewinnen.
"Zum ersten Mal können wir die Wechselwirkungen zwischen Medikamenten und Proteinen in einem Säugetierorganismus systematisch abbilden. Diese globale Sicht auf Ansatzpunkte für Medikamente und mögliche Nebenwirkungen ist ein großer Schritt in der Arzneimittelentwicklung", erklärt Mikhail Savitski. Durch den Vergleich der Temperaturen bei denen sich die Proteine öffneten konnten die Forscher feststellen, welcher Wirkstoff sich mit welchem Protein verbunden hat.
Im Jahr 2014 stellten Savitski und Cellzome erstmals ihre neue Thermal-Profiling-Technik vor, die es den Wissenschaftlern erlaubt, Zellkulturen mit Wärme zu untersuchen. Obwohl diese Technologie das Feld bereits vorantrieb, unterscheiden sich kultivierte Zellen stark von einem lebenden Organismus.
Die jetzt publizierte Methode schlägt daher eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Biologische Veränderungen können direkt in einem Organ durch die Messung von Proteininteraktionen und zellulärer Signale beobachtet werden. Die erfolgreiche Aufnahme von Arzneimittel in einen lebenden Organismus zu überwachen, ist in der Medikamentenentwicklung von großer Bedeutung um bestmögliche therapeutische Wirksamkeit zu garantieren.
Um das Potenzial ihrer Technik zu demonstrieren, haben die Wissenschaftler alle Proteine in Leber, Lunge, Niere und Milz von Ratten gescannt. Ihre Ergebnisse lieferten neue Einblicke in die Wechselwirkungen der Proteine und deckten mögliche Ansatzpunkte für Medikamente auf. "Zum ersten Mal können wir die Wechselwirkungen von Proteinen in verschiedenen Geweben von lebenden Organismen untersuchen und dabei sogar äußere Einflüsse berücksichtigen. Unsere Technik könnte unser Verständnis menschlicher Krankheiten deutlich verbessern und die Entwicklung erfolgreicher Behandlungen unterstützen", sagt Nils Kurzawa, EMBL-Wissenschaftler in der Savitski-Gruppe.
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Journal
Nature Biotechnology