ProteinstabilitätAls entscheidender Faktor, der ihre Funktion, Falten und Abbau beeinflusst, ist die direkte Messung der Proteinstabilität in lebenden Zellen eine Herausforderung in der experimentellen Forschung. Traditionelle Methoden sind oft komplex, zeitaufwendig und schwierig, quantitative Ergebnisse in lebenden Zellen zu erzielen. Biosensoren auf Basis von Intein bieten neue Ideen zur Lösung dieses Problems.

Prinzipien von Biosensoren mit Peptiden

Innere Peptide sind eine Klasse von selbstklippbaren Polypeptiden-Sequenzen, die im Wirtsprotein vorhanden sind, die sich selbst durch eine selbstkatalytische Protein-Clipping-Reaktion entfernen und die äußeren Peptide an beiden Enden zu reifen Proteinen wiederverbinden können. Aufgrund seiner präzisen Umordnungsfähigkeit der Peptidbindungen wurden die enthaltenen Peptide weit verbreitet in der Proteintechnik eingesetzt. Die in einigen Mikroorganismen enthaltenen Peptide können auch Umweltreize wie Metalle, Hitze und oxidativen Stress als Sensorkomponenten zur Regulierung der Proteinfunktion induzieren. Auf dieser Grundlage haben die Forscher eine Vielzahl von Clip-abhängigen Berichtssystemen entwickelt, um Clip-Inhibitoren zu screenen oder Biosensoren zu bauen.

Anwendung von Biosensoren mit Peptiden in der Proteinstabilitätsüberwachung

Im Jahr 2025 entwickelte das Team von Christopher W. Lennon an der Morley State University einen Biosensor auf Basis von Peptiden zur Echtzeitüberwachung der Stabilität von Proteinen in lebenden Zellen. Der Kern dieser Methode besteht darin, das Zielprotein in das enthaltene Peptid einzufügen, anstatt direkt mit dem Berichtsprotein zu fusionieren, was effektiv eine Störung der Struktur und Funktion des Berichtsproteins durch das Zielprotein verhindert. Die Wiederherstellung der Funktion des Aminoglykosid-Resistenzgens (KanR) durch Klipping ermöglicht eine direkte Beziehung der Klipping-Aktivität zum Überleben der Zellen und erleichtert die Bewertung der Proteinstabilität durch Wachstumskurven.

Insbesondere nutzt die Methode die Eigenschaften des spontanen Klippens der enthaltenen Peptide unter bestimmten Bedingungen, um die Stabilität des Zielproteins direkt mit der Klippeneffizienz zu verknüpfen und eine quantitative Bewertung der Proteinstabilität in vivo zu erreichen. Wenn das Zielprotein stabil ist, ist das enthaltene Peptid-Clipping effizient, die KanR-Funktion wird wiederhergestellt und die Zellen in einem Antibiotika-haltigen Medium überleben; Umgekehrt, wenn das Zielprotein instabil ist, ist das enthaltene Peptid ineffizient, KanR-Funktion kann nicht wiederhergestellt werden und die Zellen sterben. Durch die Überwachung der Zellenüberlebensrate kann indirekt die Stabilität des Zielproteins bewertet werden.

Durchführung von Hochdurchflussanalysen

Diese Methode hat das Potenzial für eine hohe Durchflussanalyse. Durch die Kultivierung verschiedener Mutanten oder Zellen unter verschiedenen Behandlungsbedingungen in Mikroporenplatten kann die Proteinstabilität mehrerer Proben gleichzeitig überwacht werden. Darüber hinaus können in Kombination mit einem automatisierten Flüssigkeitsbehandlungssystem und einer Sequenzierungstechnologie mit hohem Durchfluss die Analyseflüsse weiter verbessert werden.

Anwendungsaussichten

Biosensoren auf der Basis von enthaltenen Peptiden bieten eine breite Anwendungsperspektive in der Proteinstabilitätsüberwachung:

Schnelle Bewertung der Auswirkungen von Mutationen auf die Proteinstabilität: Durch Einfügen von Mutanten in das enthaltene Peptid können kritische Mutationen, die die Proteinstabilität beeinflussen, schnell gescreent werden.

Medikamentescreening: Durch die Überwachung der Veränderungen in der Proteinstabilität nach der Behandlung mit Medikamenten können die Auswirkungen von Medikamenten auf die Proteinfunktion bewertet werden, was eine wichtige Grundlage für die Forschung und Entwicklung von Medikamenten darstellt.

Optimierung der Expression von Partnerproteinen: Durch die Überwachung der Auswirkungen der Expression von Partnerproteinen auf die Stabilität des Zielproteins können die Expressionsbedingungen von Partnerproteinen optimiert werden und die Produktivität von Rekombinativproteinen verbessert werden.

Kleinmolekulares Screening von Verbindungen: Durch die Identifizierung kleiner molekularer Verbindungen, die die Stabilität von Proteinen oder die Schnittreaktion beeinflussen, können ihre Wirkungsmechanismen erforscht werden, um Kandidaten für die Entwicklung neuer Medikamente bereitzustellen.

Schlussfolgerungen

Biosensoren basierend auf enthaltenen Peptiden für lebende ZellenProteinstabilitätEchtzeitüberwachung bietet ein neues Paradigme. Diese Methode hat die Vorteile von einfacher Bedienung, hohem Durchsatz und quantitativer Genauigkeit und hat eine breite Anwendungsperspektive in Bereichen wie Proteinstabilitätsforschung, Drogenscreening und Rekombinativproteinproduktion. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Technologie werden Biosensoren auf der Basis von Peptiden erwartet, eine größere Rolle in der Life Science-Forschung und der biomedizinischen Industrie zu spielen.