Erzeugung und Charakterisierung Ubiquitin-basierter Bindeproteine

Abstract

Als Alternative zu Antikörpern werden derzeit erfolgreich künstliche Bindeproteine auf Basis unterschiedlicher Gerüstproteine zur Verwendung für therapeutische, diagnostische und analytische Zwecke entwickelt. Zur Herstellung künstlicher Bindeproteine wurden in dieser Arbeit Aminosäurepositionen im Bereich einer natürlichen Bindefläche im beta-Faltblatt des Ubiquitins randomisiert. Durch Ribosomen-display wurden aus der Ubiquitin-Bibliothek Bindeproteine gegen das pharmakologisch relevante Protein Tumornekrosefaktor (TNF)-alpha isoliert. Die detaillierte Analyse einer Variante mit hoher Affinität und Spezifität zeigte, dass die Interaktion mit dem homotrimeren TNF-alpha auf einer 1:1-Stöchiometrie beruht. Im Gegensatz dazu weisen andere TNF-bindende Proteine eine 3:1-Stöchiometrie auf. Das Verhalten basiert möglicherweise auf einem bisher nicht charakterisierten Epitop im TNF-alpha und zeigt das Potential künstlicher Bindeproteine, für Antikörper schwer zugängliche Epitope zu erkennen.

Currently, artificial binding proteins based on non-antibody scaffolds are developed successfully as therapeutic, diagnostic and analytical tools. In this work, to create artificial binding proteins several amino acid positions of a natural binding region in the beta sheet of ubiquitin were randomized. From the resulting ubiquitin library binding proteins against the pharmacologically relevant protein tumor necrosis factor (TNF)-alpha were selected by ribosome display. Detailed analysis of a variant with high affinity and specificity for TNF-alpha showed a 1:1 stoichiometry for binding to the homotrimeric target protein. In contrast, other TNF-binding proteins exhibit a 3:1 stoichiometry. The unusual binding behavior suggests that the ubiquitin-derived binding protein recognizes a new, uncharacterized epitope on TNF-alpha and underlines the potential of artificial binding proteins to target epitopes, which might by hardly accessible to antibodies.