ONLINE | Die Macht der Proteine | Irene Maier

Die Macht der Proteine

Irene Maier, 2020

Moderation: Maria Rauch-Kallat

Wo kommen Proteine her?

Proteine sind Makromoleküle, welche sich aus Aminosäureketten in einer Art Abschrift der kodierenden DNA dar- und zusammenstellen. Der Einzelbaustein des Proteins, die Aminosäure, wird in unterschiedlicher Reihenfolge am Ribosomen mit dem nächsten Baustein verkettet, und bildet so die Polypeptidkette, an der sich ein Gerüst für die Konformation der Proteine aufbaut. Diesen Prozess nennt man Translation.

Wie gestalten sich Makromoleküle?

Eine definierte Kette an Aminosäuren kann wiederholt werden und sich zu oligomeren Makromolekülen mit unveränderten Rezeptorregionen verschränken. Die Bausteine zu unseren körpereigenen Proteinen synthetisieren wir aus anderen Biomolekülen und Zucker, und sie werden auch täglich als essentielle Aminosäuren aus der Nahrung aufgenommen.

Mehrere kleinere Peptide falten sich oft zu Proteinen zusammen und sind dann an ihren Aminosäureresten auf verschiedenste Art und Weise chemisch modifiziert. An diesen, als “posttranslationale Proteinmodifikation” bezeichneten Prozessen, sind häufig Proteine beteiligt, die durch Modifizierungsgene codiert werden. Die Genprodukte solcher Modifizierungsgene können abhängig von Umweltfaktoren gebildet oder funktionalisiert werden und Proteine entsprechend beeinflussen. Zellen besitzen eine Vielzahl von Möglichkeiten, ihre Proteine zu bearbeiten und zu verändern. Dazu besitzen sie eine Vielzahl von Enzymen, die eigens für die Proteinmodifikation von der Zelle gebildet werden. Mitunter gehören dazu: Abspaltungen von Signalsequenzen, Addierung von anorganischen und organischen Gruppen, Quervernetzungen, Oxidation von Seitenketten, etc. Zusätzlich können Proteinketten durch Radikale, durch hochenergetische Strahlung oder andere Proteine beschädigt, verändert oder denaturiert werden und Faltungsisoformen bilden, die der Ursprungskonformation nicht mehr entsprechen und die vorgesehene Funktion nicht erfüllen können.

Wie können Proteine unsere Immunität beeinflussen?

Phosphorylierung und Glykosylierung bestimmter räumlich günstig oder ungünstig zugänglicher Aminosäuren werden von Botenstoffen der höheren Organismen erkannt, und verändern oft das elektrostatische Milieu und somit die Energieumsetzung der einzelnen Zelle. Entzündliche Prozesse und gegenentzündliche Prozesse sind teilweise ebenfalls mit der Interaktion an Proteine gekoppelt. Die sehr spezifisch bindenden Immunglobuline bestimmen das erworbene Immunsystem des Menschen.

Wann und wo werden diese gefährlich?

Unter der Vielzahl an Oberflächenmarkern für die Signalweitergabe zwischen Immunzellen, sind vor allem die Immunglobuline (Antikörper) für die Abwehr des Körpers und die Erkennung von bestimmten Stoffen (Antigenen) und Fremdstoffen zuständig.

Wie können Proteine und Antikörper nutzbringend eingesetzt werden?

Intakte und globulär gefaltete Proteine werden als Medikamente eingesetzt und können mit hoher Stabilität bereits in geringen Dosen für die Erkennung und Aktivität von bösartig verändertem Gewebe von größter Bedeutung sein. Dies umfasst Immuntherapien zur Aktivierung von Fresszellen in der Krebsforschung, gleichermaßen wie die jüngst angekündigte Plasmatherapie gegen eine COVID-19 Infektion, welche einen Cocktail von köpereigenen Proteinen zum Einsatz gegen systemische Abwehrreaktionen anwenden möchte.

Meine Arbeit beschäftigt sich vor allem mit der Identifikation von konservierten Epitopen an der Oberfläche der viralen Hülle, welche die Mutation von Viren unterdrücken, und deren Verschmelzung mit den Zellhüllen des befallenen Wirten verhindern. Ein Modell zur Simulierung von Antikörper-bindungen an Glykoproteine hat sich gezielt mit dem biochemischen Prozess der Glykosylierung von Oberflächenproteinen und Zellrezeptoren in Bezug auf die Bindungseigenschaften des Antikörpers beschäftigt.

Reference: Mannosylated hemagglutinin peptides bind cyanovirin-N independent of disulfide-bonds in complementary binding sites. RSC Adv. (2020), 10, 11079-11087. https://doi.org/10.1039/d0ra01128b

Irene Maier arbeitete nach Abschluß ihres Biochemiestudiums als Wissenschafterin an der University of California, Los Angeles (UCLA). Im Jahre 2006 erhielt sie als erste Absolventin der Universität Wien, und zweite Österreicherin, ein internationales UNESCO-L’Oréal Stipendium für ihre Arbeit an einem optischen Immunsensor zur Detektion von Allergieindikatoren in Blutserum. Sie absolvierte weiter eine postdoktorale Ausbildung in Proteindesign am California Institute of Technology (Caltech). In Zusammenarbeit mit der National Aeronautics and Space Administration (kurz: NASA) entwickelte sie intestinale Mikrobiota-assoziierte Biomarker zur Bestimmung und Linderung von immunologisch unterstützten Nebenwirkungen in der Strahlentherapie, insbesondere der neuartigen Ionenbestrahlung. Dr. Maier arbeitet derzeit an der Medizinischen Universität Wien.

Diese Veranstaltung ist derzeit vor Ort geplant, sofern es die Corona Sicherheitsbestimmungen zum Veranstaltungszeitpunkt zulassen. Andernfalls wird dieser Abend ONLINE stattfinden.

Wir ersuchen um rechtzeitige Anmeldung!