Leg med livets byggestene

Transkript

1 Leg med livets byggestene Unaturlige aminosyrer i proteiner Kristian Strømgaard Kemisk biologi Institut for Medicinalkemi Farmaceutisk Fakultet, KU

2 Livets byggestene Cellens byggeblokke Større enheder i celler Fordeling Kulhydrater Polysaccharider 15% Nukleotider Nukleinsyrer 15% Aminosyrer Proteiner 50%

3 Det centrale dogme og kemisk biologi Francis Crick

4 Proteiner og den genetiske kode Den genetiske kode Fire forskellige baser A, T, C, G Tre baser koder for én aminosyre = 64 koder Tre STP codons Proteiner 20 forskellige aminosyrer...og dog 21 og 22...

5 Dannelse af proteiner (translation) Vi går i gang Ribosomet samles og initiator trna bindes Proteinet dannes Aminoacyleret trna til ribosomet Genkendes af mrna (kodon) via trna (antikodon) Proteiner dannes ved at addere en aminosyre af gangen Vi er færdige! Release factor binder til stop kodon Protein og trna frigives fra ribosomet troede vi Post-translationelle ændringer Sukker, fosfat..

6 Proteiner de basale ting prids af historien Først beskrevet og navngivet - Jöns Jakob Berzelius Enzymet urease er et protein - James B. Sumner Sekventering af insulin - Frederick Sanger (Nobeprisen 1958) Første protein strukturer - hæmoglobin og myoglobin Max Perutz and John C. Kendrew (Nobelprisen 1962) Myoglobin Struktur Primær (aminosyre sekvens) Sekundær struktur (α-helix, β-strands) Tertiær (3D foldning af individuelle subunits) og Kvaternær (samling af subunits og co-faktorer) Funktioner Receptorer, ion kanaler, transportører bundet i cellemembranen Strukturelle proteiner mursten - Enzymer og antistoffer

7 Biologiske lægemidler proteiner Protein-baserede lægemidler Første rekombinante protein som lægemiddel - human insulin (1982) Protein lægemidler Blod faktorer - Faktor VII (Novoseven ) ormoner - insulin, væksthormon Bloddannende hormoner - erythropoietin (EP) Monoklonale antistoffer Trastuzumab (erceptin ) Væksthormon EP

8 Emil Fischers drømme... Jeg er sikker på at via organisk kemi, vil det blive muligt at opnå indflydelse på udvikling af organismer og foretage ændringer der overgår alt hvad der kan opnås gennem normal forædling Emil Fischer (1917) ele min længsel er rettet imod at kunne syntetisere det første enzym hvis jeg kan syntetisere et naturligt protein, er min mission fuldført Emil Fischer (1905) ermann Emil Fischer (Nobelprisen 1902)

9 Protein engineering Site-directed mutagenesis Først beskrevet i 1979 af Michael Smith Tillader indsættelse af en af de 20 naturlige aminosyrer et givent sted i et protein Michael Smith (Nobelprisen 1993) Kemisk og enzymatisk modificering Levemir langtidsvirkende insulin analog Fedtkæde sat på lysin-sidekæde Øget binding til albumin længere effekt Victoza (liraglutide) GLP-1 analog Fedtkæde sat på lysin-sidekæde Længere halveringstid Mircera EP analog Polyethylen glycol (PEG) er sat på amin gruppe Forlænger effekt markant C.E.R.A. - continuous erythropoietin receptor activator

10 I Emil Fischers fodspor Udvidelse af den genetiske kode -et paradigmeskift i protein engineering Translations bedrag - indsættelse af unaturlige aminosyrer i proteiner (nonsense suppression mutagenesis) Klippe og klistre semisyntese af proteiner (expressed protein ligation) 2N Protein expression SR Solid-phase peptide synthesis S 2N Native chemical ligation S 2N N Folding

11 vorfor gider vi det? Introducere post-translationelle ændringer Sukker og fosfat grupper N ATP ADP N P Fedtkæder og oxideringer Protein medicinalkemi Efterligne aminosyrer Sofistikerede ændringer Ændre backbone (amid til ester) N N N 2 N N N 2 N N N Arginine Citrulline N-acetyl-ornithine Introducere biofysiske og reaktive prober Fluorescens NMR

12 Translations bedrag Princip æfter unaturlig aminosyre på trna Bedrager den normale translation..og den unaturlige aminosyre indsættes Udfordringer Dannelse af modificeret trna Meget (!) lidt protein Kan det bruges til noget? Forskning uhyre detaljeret viden og protein struktur og funktion Lægemidler modificerede proteiner

13 Klippe og klistre Princip Del af protein udtrykkes rekombinant Resten syntetiseres som peptid Klistrer de to byggeblokke sammen og danner fuld længde protein Kan det bruges til noget? Forskning uhyre detaljeret viden og protein struktur og funktion Måske lægemidler modificerede proteiner Eksempel fra den virkelige verden Semi-syntese af en glutamat receptor

14 Glutamat receptor - byggeblokke A Rekombinant udtrykt protein 183 aminosyrer med særlige egenskaber N-terminal B Fast-fase peptid syntese 29 aminosyrer - thioester C S N (N...S) C Fast-fase peptid syntese 51 aminosyrer C-terminal Me Me Glutamat receptor 263 aminosyrer

15 Byggeblokkene sættes sammen 2 N B (K...G) SR 2 S N C (N...S) C AcmS Me Me 2 N is-tag + linker A (G...K) SR 2 N S (K...G) N 1) Phosphate buffer 2) F 3) Ag(I) (N...S) C F apparat Phosphate buffer 2 N is-tag + linker (G...K) N (K...G) N (N...S) C S 1) Refolding 2) Cleavage og vi får en semi-syntetisk glutamat receptor

16 vis Emil Fisher havde levet Ved at kombinere organisk kemi og molekylær biologi kan vi ændre proteiner efter behag og er ikke længere begrænset af den genetiske kode. Derved kan vi lave skræddersyede proteiner til bruge i forskning og i udvikling af nye og bedre lægemidler (2009)

17 Kemisk biologi, FARMA, KU Kemisk biologi, FARMA, KU Anders S. Kristensen Nicolai Stuhr-ansen Simon Lucas Shahrokh Padrah Kolja M. Knapp Jacob Andersen Anders Bach Mette S. Jensen Marie Gottschalk Sidse olten Lena Sørensen Søren W. Pedersen Jonas N. N. Eildal Linda Zachriassen Jacob D. Clausen Primær finansiering Ystad, sommer, Lundbeck A/S & FARMA, KU Stjerneprogrammer, KU Unge forskere, Det Strategiske Forsknings Råd Forskningsrådet for Sunhed og Sygdom Lundbeckfonden Drug Research Academy, FARMA, KU Alfred Benzon fonden Carlsbergfonden