Microarrays, die Protein-Liganden-Wechselwirkungen aufdecken
Peptide sind unabdingbare Bauteile aller Lebewesen; sie bilden Teile der Zellstruktur oder erfüllen lebenswichtige Funktionen wie Enzymreaktionen, Stoffwechselvorgänge oder die zelluläre Signalübertragung. Die Analyse der Proteinstruktur und ein Verständnis über die Rolle der Proteine in biologischen Vorgängen sind daher von größter Bedeutung zur Aufschlüsselung der Mechanismen, die verschiedenen Krankheiten zugrunde liegen. Angesichts der Vielfältigkeit der Proteine und ihrer Peptidbausteine ist eine Technologie erforderlich, die die zeitgleiche Analyse nahezu aller Proteine des menschlichen Proteoms erlaubt. Das dem EU-finanzierten Projekt "High-density peptide microarrays and parallel on-line detection of peptide-ligand interactions" (PEPCHIPOMICS) zugrundeliegende Ziel war die Entwicklung eines Ansatzes, der eine Breitbandanalyse von Peptidchips erlaubt. In diesem Sinne synthetisierte das Konsortium einen kostengünstigen Microarraychip auf Proteinbasis und unter Anwendung der lichtgesteuerten Photochemie, die im Grunde für den Zusatz von Aminosäuren auf den Microarraychip steht. Durch Optimierung konnte ein neuer, hochaufgelöster Peptidchipsynthetisator gewonnen werden, der die zeitgleiche Synthese von mehreren hunderttausend Peptidfeldern und von zwei Millionen Peptiden pro Chip vereinfacht. Projektpartner waren davon überzeugt, dass diese Peptidanzahl ausreicht, um das gesamte menschliche Proteom abzudecken. Die Wechselwirkungen zwischen den auf dem Chip immobilisierten Peptidsonden und deren Zielen wurden mit einer neuen, unabhängigen Technik bemessen. Über Einbindung einer Videokamera mit ladungsgekoppeltem Halbleiterelement konnten Echtzeitdaten an verschiedensten Punkten gesammelt werden. Darüber hinaus wurde ein Datensuchsystem entwickelt, das sich für die Analyse von Peptidchipdaten mit hohem Durchsatz eignet. Ein besonders interessanter Anwendungsbereich der Peptid-Microarraychips lag in der detaillierten Charakterisierung von Antikörperepitopen. In diesem Sinne nutzte man eine umfassende Sammlung von kurzen Peptidsequenzen von je 15 Aminosäuren auf dem Chip, um die antikörperbindenden Epitope genauestens zu kartieren. Andere Anwendungen dieser Technologie liegen unter anderem in der Kartierung der Spezifitäten von T-Zellen des Immunsystems durch Bestimmung jener Peptide, die an Histokompatibilitätsantigenrezeptoren (HLA-Antigenrezeptoren) andocken. Dies ist von großer Bedeutung für die Bestimmung von möglicherweise allergenen oder autoimmunen Epitopen. Alles in allem wird der PEPCHIPOMICS-Peptipmicroarrays durch seine möglichen Anwendungsbereiche zu einem unschätzbar wertvollen Mittel zur effizienten und kostengünstigen Untersuchung von Proteinfunktionen im gesunden und kranken Zustand. Darüber hinaus könnten die gewonnenen Daten den Weg für die Entwicklung von Medikamenten auf Peptidgrundlage bereiten.