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Ma?geschneiderte Antik?rper gelten als aussichtsreiche Mittel gegen eine Vielzahl schwerer Krankheiten. Da sie pr?zise bestimmte Strukturen auf der Oberfl?che von Viren, Bakterien oder Krebszellen erkennen k?nnen, werden sie bereits erfolgreich in Krebsdiagnostik und -therapie sowie gegen eine Vielzahl anderer Krankheiten eingesetzt. Bei allen Schritten, von der Produktion über die Lagerung bis hin zum therapeutischen Einsatz, ist die Stabilit?t der empfindlichen Antik?rper ein entscheidender Faktor.

Neue Ans?tze zur Stabilisierung von Antik?rpern erhoffte sich ein Team um Dr. Matthias J. Feige sowie die Professoren Linda Hendershot vom St. Jude Children’s Research Hospital in Memphis (Tennessee, USA), Michael Sattler (Inhaber des Lehrstuhls für biomolekulare NMR Spektroskopie an der TU 惭ü苍肠丑别苍 und Institut für Strukturbiologie des Helmholtz Zentrums 惭ü苍肠丑别苍), Michael Groll (Inhaber des Lehrstuhls für Biochemie an der TU 惭ü苍肠丑别苍) und Johannes Buchner (Inhaber des Lehrstuhls für Biotechnologie an der TU 惭ü苍肠丑别苍) vom Vergleich von S?ugetier-Antik?rpern mit denen von Haifischen.

Haifische gibt es bereits seit 500 Millionen Jahren. Sie geh?ren entwicklungsbiologisch zu den ?ltesten Tieren, die über ein ?modernes“ Immunsystem ?hnlich dem des Menschen verfügen. Damit der Hai im Salzwasser überleben kann, enth?lt sein Blut gro?e Mengen an Harnstoff. Dieser schützt den Hai zwar vor Wasserverlust, kann aber gleichzeitig auch empfindliche Proteinmoleküle wie die Antik?rper destabilisieren.

?Menschliche Antik?rper würden unter diesen Bedingungen zusammenbrechen. Hai-Antik?rper müssen also strukturelle Eigenschaften besitzen, die sie besonders widerstandsf?hig machen“, sagt Matthias J. Feige, Erstautor der Publikation. ?Dieses Geheimnis wollten wir lüften.“

Detektivische Puzzlearbeit

贵ü谤 ihre Untersuchungen w?hlten sie den Haifisch-Antik?rper IgNAR (Immunoglobulin New Antigen Receptor). Da es bisher kaum strukturelle Informationen über das Molekül gab und es sich nicht in G?nze kristallisieren lie?, entwickelten sie in detektivischer Puzzlearbeit ein Modell des Antik?rpers.

Sie kristallisierten Teilstücke und ermittelten deren atomaren Aufbau mittels R?ntgenstrukturanalyse, verglichen Teilabschnitte mit bereits bekannten Strukturen anderer Immunglobuline. Die Strukturen anderer Teile des Antik?rpers wurden mittels Kernmagnetresonanz-Spektroskopie gel?st. Wieder und wieder verglichen sie die ermittelten Strukturen und r?umlichen Abst?nde mit den Ergebnissen von  R?ntgenstreumessungen an natürlichen Hai-Antik?rpern und konnten so schlie?lich ein vollst?ndiges Modell des Antik?rpers aufbauen.

Die genauere Betrachtung der Struktur dieses Proteins zeigte, dass sich die für Antik?rper typische Ig-Faltung offenbar schon vor mehr als 500 Millionen Jahren entwickelt hat, da sie auch beim Haifisch schon zu finden ist. Auch den Grund für die hohe Stabilit?t der Haifisch-Antik?rper konnten die Forscher aufkl?ren: Sie resultiert aus einer zus?tzlichen Salzbrücke zwischen strukturell wichtigen Aminos?ureketten sowie einem besonders gro?en unpolaren Kern der Ig-Faltung im Hai-Antik?rper.

Stabilere Antik?rper für den medizinischen Einsatz

Den Forschern gelang es, beide Stabilisierungsprinzipen in menschliche Antik?rper einzubauen. Tats?chlich führte die Kombination beider Prinzipien zu deutlich stabileren menschlichen Antik?rperfragmenten. Ihr Schmelzpunkt lag zehn Grad h?her als der des ursprünglichen Moleküls.

Auch in S?ugetierzellen, in denen therapeutische Antik?rper normalerweise produziert werden, zeigte die h?here Stabilit?t positive Effekte: Die ver?nderten Antik?rper wurden in deutlich gr??erer Menge produziert. In naher Zukunft, so hoffen die Forscher, werden diese Erkenntnisse dazu beitragen, verbesserte therapeutische und diagnostische Antik?rper aufbauen zu k?nnen. Sie sollten sich einfacher herstellen und besser lagern lassen sowie im menschlichen Organismus l?nger aktiv bleiben um ihr ganzes therapeutisches Potential entfalten zu k?nnen.

Die Arbeiten wurden unterstützt mit Mitteln des National Institutes of Health (NIH), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), des Exzellenzclusters Center for Integrated Protein Science Munich (CIPSM), der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina, des St. Jude Children’s Research Hospital, der Peter und Traudl Engelhorn Stiftung, der Studienstiftung des Deutschen Volkes, der European Molecular Biology Organization (EMBO), des Swedish Research Council sowie des Boehringer Ingelheim Fonds. NMR-Messungen wurden am Bayerischen NMR Zentrum (BNMRZ) durchgeführt. R?ntgenstrukturdaten wurden an der Synchrotron-Strahlungsquelle des Paul Scherrer Instituts (Villigen, Schweiz) ermittelt.

Publikation:

The structural analysis of shark IgNAR antibodies reveals evolutionary principles of immunoglobulins
Matthias J. Feige, Melissa A. Graewert, Moritz Marcinowski, Janosch Hennig, Julia Behnke, David Ausl?nderb, Eva M. Herold, Jirka Peschek, Caitlin D. Castro, Martin Flajnik, Linda M. Hendershot, Michael Sattler, Michael Groll, and Johannes Buchner
PNAS, Early Edition, 15.05.2014 – DOI:

Kontakt:

Prof. Dr. Johannes Buchner
Technische Universit?t 惭ü苍肠丑别苍
Fakult?t für Chemie, Lehrstuhl für Biotechnologie
Lichtenbergstra?e 4, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 13341 – E-Mail -