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Zellbiologie

Molekulare Türöffner

Die äußere Membran von Zellen stellt für viele therapeutisch interessante Moleküle eine unüberwindliche Barriere dar. Spezielle Peptide können hier als Transporter dienen und damit das Zellinnere für diese Stoffe zugänglich machen. Das ermöglicht neuartige, hochspezifische Medikamente und Therapien, etwa gegen Krebs.
Die äußere Membran von Zellen stellt für viele therapeutisch interessante Moleküle eine unüberwindliche Barriere dar. Nicht aber für spezielle Peptide: Sie können ungehindert passieren und damit als Transporter für neuartige Medikamente dienen.

Anfang der 1990er Jahre untersuchten Alain Prochiantz und Alain Joliot an der École normale supérieure in Paris die Entwicklung der Nervenzellen von Taufliegen. Vor allem interessierten sich die beiden Biologen dafür, wie genau das so genannte Antennapedia-Protein (kurz Antp) seine wichtige Aufgabe erfüllt: Es bewirkt, dass aus nicht spezialisierten Zellen Nervenzellen entstehen ("neuronale Differenzierung"). Um das Protein in Zellen hineinzubringen, die in Kulturschalen wuchsen, machten sie die Zellmembranen durch Zugabe bestimmter Stoffe ein wenig durchlässig, denn normalerweise nehmen Zellen nicht so einfach derart große Moleküle wie Proteine von außerhalb auf.

Zu ihrer Überraschung stellten Prochiantz und Joliot bei ihren Versuchen jedoch fest, dass Antp auch in völlig intakte Zellen eindrang. Dabei erfüllte es weiterhin seine normale Aufgabe der neuronalen Differenzierung. Offenbar war das Protein also sogar bis in den Zellkern gelangt, wo es seinen Part bei der Genregulierung spielte.

Schon bald nach dieser Entdeckung konnte dieselbe Forschergruppe 1994 die Fähigkeit, Membranen zu durchdringen, an einem bestimmten Abschnitt des Proteins festmachen: der dritten alpha-Helix der Antp-Homöodomäne. Es zeigte sich, dass ein synthetisches, 16 Aminosäuren großes Peptid, das diesem Bereich entsprach, die Zellmembran ebenso überwinden konnte. Ein solches kleines Proteinstück lässt sich problemlos und effizient herstellen. Von hier war es daher nur noch ein kleiner Schritt bis zur ersten biotechnologischen Anwendung dieses "zellpenetrierenden Peptids" (kurz CPP für die englische Bezeichnung cell-penetrating peptide), auch Penetratin genannt. Die Wissenschaftler interessierte vor allem, ob sich andere Moleküle in Zellen einschleusen lassen, wenn sie an das Penetratin-Peptid gekoppelt sind. Der erste solche "Frachttransport" gelang mit einem Peptid, welches das Enzym Proteinkinase C hemmt …

Januar 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Januar 2013

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  • Quellen

Jarver, P. et al.: In Vivo Biodistribution and Efficacy of Peptide Mediated Delivery. In: Trends in Pharmacological Sciences 31, S. 528 – 535, 2010

Milletti, F.: Cell-Penetrating Peptides: Classes, Origin, and Current Landscape. In: Drug Discovery Today 17, S. 850 – 860, 2012

Verdurmen, W. P., Brock, R.: Biological Responses towards Cationic Peptides and Drug Carriers. In: Trends in Pharmacological Sciences 32, S. 116 – 124, 2011