Zellaktivitäten mithilfe von Proteinen kontrollieren

Sailan Shui, Doktorandin am EPFL-Labor für Proteindesign und Immunoengineering, spielt gerne mit Proteinen, die sie nach Belieben ein- und ausschalten kann wie Lichtschalter. Statt mit Elektronik arbeitet sie jedoch mit Proteinen, um den Prozess auszulösen. Shuis Forschungsergebnisse wurden soeben in Nature Communications veröffentlicht.

Um ihre Methode zu entwickeln, begannen Shui und ihre Kollegen mit der rechnerischen Modellierung von Proteinen, die in der Natur nicht vorkommen. «Der erste Schritt bestand darin, die beiden synthetischen Proteine miteinander zu verbinden und sicherzustellen, dass sie im Tandem arbeiten können. Ein Protein wirkt wie Zement und klebt die gesamte Struktur zusammen, das andere ist ein Medikamentenrezeptor. Wir mussten auch zwei Proteine finden, die starke, stabile Bindungen bilden, damit sie zusammenbleiben», sagt Shui.

Ein Molekül legt den Schalter um

Sobald die Proteinpaare gebildet waren, bestand der nächste Schritt darin, eine dritte Art von Molekül zu finden, das in der Lage war, die vorhandene Struktur zu binden und zu aktivieren oder sie aufzubrechen und zu deaktivieren. Shui entwickelte ihre Systeme so, dass sie auf das klinisch zugelassene Medikament Venetoclax reagierten. Dieses Medikament wird normalerweise zur Behandlung von Krebs verabreicht, aber die Wissenschaftlerin entdeckte eine neue Verwendung dafür: «Ich habe Venetoclax im Grunde genommen in einen Ein-Aus-Schalter für die Proteine verwandelt», sagt Shui.

Wenn das Medikament mit den Proteinen in Kontakt kommt, hat es die Fähigkeit, sie entweder zu aktivieren oder sie zu trennen und damit zu deaktivieren: «Bei unserer Methode sind es die Venetoclax-Moleküle, die als Lichtschalter dienen. Sie sind es, die die Proteine aktivieren oder deaktivieren», sagt sie. Das bedeutet, dass sie kontrollieren kann, wann die Proteine aktiviert werden und wie lange.

Die Hoffnung ist, dass diese Proteinschalter eines Tages als Vermittler zwischen den Zellen im Körper eingesetzt werden können: «Wir könnten die Proteinschalter zum Beispiel in bestimmten Zellen platzieren, so dass sie aktiviert werden können, wenn wir das wollen», sagt Shui, «so können wir, wenn wir bereit sind, den Stimulus anwenden und die zelluläre Reaktion beobachten.» Bruno Correia, Leiter des EPFL-Labors, in dem Shui forscht, fügt hinzu: «Diese Art von Proteinschaltkreisen, bei denen ein und dieselbe Verbindung zwei diametral entgegengesetzte Funktionen erfüllt, könnte eine vielversprechende Methode sein, um die Sicherheit und Wirksamkeit von veränderten Zellen zu überwachen.»