Winzige Nano-Container aus DNA-Material zu konstruieren, die passgenau jeweils ein ganz bestimmtes Protein binden können – dies gelang jetzt der Nachwuchswissenschaftlerin Dr. Barbara Sacca von der Universität Duisburg-Essen (UDE). „Dies gibt unserer Arbeit einen richtigen Schub“, freut sich die junge Projektleiterin im DFG-Sonderforschungsbereich Supramolekulare Chemie an Proteinen. Ihre Erkenntnisse wurden jetzt in der internationalen Forschungszeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Es gibt unzählige Proteinen und Moleküle; trotz dieser enormen Vielfalt hat es die Natur im Laufe der Evolution so eingerichtet, dass alle Reaktionen in der Zelle geordnet ablaufen. So lagern sich beispielsweise die richtigen Eiweiße zum richtigen Zeitpunkt genau in dem Teil der Zelle zu großen Multi-Enzym-Komplexen zusammen, wo sie gebraucht werden.

DNA-Container

Bisher war es nicht möglich, zielgerichtet einzelne Eiweiße in einem Komplex zu umschließen, ohne dabei die Eigenschaften oder die Funktion des Proteins zu beeinflussen. Dies gelingt nun erstmals mit der von Dr. Sacca eingesetzten DNA-Nanotechnologie. Exemplarisch zeigt sie dies am Eiweiß DegP, das sehr große Komplexe bildet und eine wichtige Rolle bei der Qualitätskontrolle in der Zelle spielt: Es erkennt defekte Proteine und repariert oder vernichtet diese innerhalb seines Reaktionszentrums.

Dr. Sacca: „Um dieses Protein gezielt in einem DNA-Container einzufangen, haben wir in unserem SFB spezifische Binder, sogenannte Liganden, entwickelt, die an die Innenseite des DNA-Containers gekoppelt werden.“ Mit ihrem anderen Ende treten sie in schwache Wechselwirkung zur Oberfläche des Zielproteins. Auf diese Weise wird das Protein in dem Container wie in einem Käfig festgehalten, ohne dass hierdurch die Eigenschaften oder die Gestalt des Proteins beeinträchtigt werden.

Mithilfe der DNA-Technologie ist es auch möglich, den Container gleich in der richtigen Größe und geometrischen Form zu bauen. So erhält man passgenaue Röhren oder Kugeln, die das Zielprotein gleichmäßig und in einem definierten Abstand umschließen. Mit einer solchen maßgeschneiderten DNA-Hülle lassen sich künftig auch andere Proteine verschiedener Größe und Eigenschaften einfangen.

Dies eröffnet künftig viele neue Möglichkeiten: Mit den DNA-Hüllen könnte man z.B. Proteine gezielt in der Zelle isolieren und hier Signalwege (auch krankhafte) beeinflussen. Dr. Sacca: „Das Tolle an dieser Methode ist, dass auch solche Proteine eingefangen werden können, für die es bisher keine herkömmlichen Wirkstoffe gibt.“ Allerdings steckt diese Methode noch in den Kinderschuhen.