Neue Methode liefert molekulare Einblicke in Protein-Protein-Wechselwirkungen

Proteine ​​sind Bausteine ​​unseres Körpers, aber sie funktionieren nicht alleine. Sie bilden Partner, um verschiedene biologische Prozesse zu unterstützen, die uns am Laufen halten. Allerdings kann die Analyse der Interaktion von Proteinen auf molekularer Ebene eine Herausforderung sein. Nun enthüllt ein Forschungsteam aus Japan die Geheimnisse hinter diesen „Proteinpartnerschaften“.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in ProteinwissenschaftForscher der Tokyo Medical and Dental University (TMDU) haben durch die Kombination zweier Techniken eine neuartige Methode entwickelt, die die Identifizierung der Wechselwirkungsstelle auf zwei Proteinmolekülen ermöglicht.

Ein Protein besteht aus einer Kette von Molekülen, sogenannten Aminosäuren, die dann eine dreidimensionale Struktur bilden. Eine als pBpa bekannte Aminosäure, die sonst nirgendwo im Protein natürlich vorkommen würde, kann mithilfe der genetischen Codeerweiterung (GCE) in ein Protein von Interesse eingeführt werden.

Die Bestrahlung mit Licht führt dann dazu, dass sich zwei interagierende Proteine ​​vernetzen und zusammenkleben. Obwohl die Stelle der pBpa-Insertion bekannt ist, ist es jedoch sehr schwierig, die interagierende Region auf dem zweiten Protein einzugrenzen.

Um dieses Problem zu lösen, führte das Team mithilfe von GCE an einer bekannten Stelle des zweiten Proteins eine Spaltstelle, „AllocLys-OH“, ein. „Die Spaltung der vernetzten Proteine ​​an dieser Stelle liefert dann Informationen darüber, auf welcher Seite der AllocLys-OH-Stelle sich die Bindungsschnittstelle befindet“, erklärt Erstautor Kazue Terasawa.

„Ein Ende jedes Proteins ist auf nachweisbare Weise markiert. Wenn das Spaltungsexperiment diese Markierungen trennt, liegt die Spaltungsstelle näher am markierten Ende des Proteins als die vernetzte Interaktionsstelle.“ Durch die Durchführung einer Reihe dieser Experimente mit der AllocLys-OH-Spaltungsstelle an verschiedenen Positionen kann die Position der Bindungsschnittstelle auf dem zweiten Protein eingegrenzt werden.

Anschließend validierten sie diese Technik, indem sie die Bindungsstelle eines Proteins namens LAMP2A untersuchten. Dies ist ein Hauptbestandteil der Membran um eine Zellstruktur, die als Lysosom bezeichnet wird, und ein Rezeptor für einen Prozess, der als Chaperon-vermittelte Autophagie bekannt ist und für den Abbau von Proteinen innerhalb einer Zelle im Rahmen der normalen Zellfunktion von entscheidender Bedeutung ist. Es ist bekannt, dass einzelne Moleküle von LAMP2A in einer homophilen Wechselwirkung aneinander binden, die Einzelheiten dieser Wechselwirkung waren jedoch nicht vollständig bekannt.

„Nach einer Reihe von Vernetzungs- und Spaltungsexperimenten konnten wir die Geometrie der homophilen LAMP2A-Wechselwirkung klären. Basierend auf der bekannten dreidimensionalen Struktur des Proteins deuten die von uns entdeckten Orte der Wechselwirkungsstellen darauf hin, dass LAMP2A ein Trimer bilden muss, oder.“ höhere oligomere Struktur“, erklärt die leitende Autorin Miki Hara-Yokoyama.

Diese neuartige Methode ist ein großer Durchbruch für Forscher, die Protein-Protein-Wechselwirkungen untersuchen. Es ermöglicht die Charakterisierung von Proteinbindungsschnittstellen und die Aufdeckung komplexer Proteingeometrien. Es ist auch auf alle Säugetierzellen anwendbar und kann daher für therapeutische Anwendungen nützlich sein.