DFG Forschungsgroßgerät: Hochdurchsatz Imaging System zur Analyse von Proteinkristallen

Biomedizinische Forschung erfordert in wachsendem Ausmaß die Beurteilung dreidimensionaler Strukturen von relevanten Zielproteinen (z.B. für das Verständnis wichtiger Pathomechanismen, die Entwicklung spezifischer kleinmolekularer Inhibitoren oder Antikörper-basierter Therapeutika). Die Strukturanalyse solcher Zielproteine wird zu einem großen Anteil durch röntgenkristallografische Analyse von Proteinkristallen durchgeführt und eine der Hauptschwierigkeiten einer solchen Analyse ist das Wachstum geeigneter Proteinkristalle. Aus diesem Grund kommt der Optimierung der Kristallisationsbedingungen eine zentrale Bedeutung zu. Eine solche Optimierung erfolgt in der Regel durch eine automatisierte Beurteilung von Hochdurchsatz-Kristallisationsansätzen mit Hilfe eines Imaging Systems. Dieses erlaubt eine genaue Beobachtung des Kristallisationsfortschrittes, um damit den Schritt der Proteinkristallisation so effizient wie möglich zu gestalten. Ein solches Imaging System soll im Institut für Biochemie der Universität zu Lübeck installiert werden. Herkömmliche Imaging Systeme fokussieren sich in der Regel primär darauf, mittels verschiedener Methoden (z.B. Weißlicht, Ultraviolett) das Kristallwachstum zu analysieren und damit auch schwierig zu visualisierende Kristalle (z.B. Mikrokristalle oder kleine Membranproteinkristalle in Lipidischen Mesophasen) zu erkennen. Im Gegensatz dazu ist das beantragte System durch sein Modul „Dynamische Lichtstreuung“ zusätzlich in der Lage, die Monodispersität einer Proteinlösung – und damit indirekt die Proteinstabilität - in Abhängigkeit von verschiedenen Pufferbedingungen zu verfolgen. Diese Analyse erfordert nur minimale Mengen des Proteins (ca. 50 nl) und stellt damit eine sinnvolle Ergänzung jedes Hochdurchsatz-Kristallisationsansatzes dar. Erste Erfahrungen mit dieser Methode zeigen, dass nach einer solchen Optimierung mittels dynamischer Lichtstreuung für die eigentliche Kristallisation deutlich weniger Hochdurchsatz-Kristallisationsansätze notwendig sind und damit die Kristallisation insgesamt deutlich effizienter verläuft. Darüber hinaus erlaubt das Modul „Dynamische Lichtstreuung“ eine genaue kinetische Analyse der Kristallisationskeimbildung und des Kristallwachstums unter einer Vielzahl verschiedener Bedingungen und macht damit einen zusätzlichen wichtigen Parameter für die Kristallisationsoptimierung zugänglich. Insgesamt wird das beantragte Gerät also zu einem deutlich effizienteren Einsatz des rekombinanten Proteins durch gezielte Optimierung der Puffer- und Kristallisationsbedingungen und damit einer gesteigerten Effizienz der Proteinkristallisation führen.