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Bild: Fluor als Schlüsselement

Teilbereich C

Teilbereichsleiter: Prof. Dr. Beate Koksch und Prof. Dr. Dieter Lentz

Die Forschungsprojekte im Teilbereich C fokussieren sich auf die Bedeutung der Fluorsubstitution in Molekülen, die für biologische Systeme von Bedeutung sind.

Im Teilprojekt C01 der AG Kulak sollen Liganden-Systeme auf Basis von 1,10-Phenanthrolin, 2,2’-Bipyridin und Prodigiosin-Derivaten mit Fluor- bzw. Perfluoralkylsubstituenten synthetisiert und charakterisiert werden. Wichtig erscheint dabei die Erstellung effektiver Synthesemethoden auf der Grundlage etablierter Verfahren, die eine hohe Produktreinheit ohne aufwendige Reinigungsschritte ermöglichen. Die Liganden sollen anschließend zur Synthese von Kupferkomplexen verwendet werden, die bezüglich ihrer DNA-Spaltaktivität getestet werden. Letztendlich soll in Zellversuchen studiert werden, wie sich die Fluorsubstitution auf die Cytotoxizität auswirkt.

Das Projekt C02 widmet sich der äußerst wichtigen Wechselwirkung zwischen perfluorierten Gruppen und versucht diese sowohl theoretisch als auch experimentell zu quantifizieren. Durch mehrfachen Einbau von Trifluorethylglycin in Peptide sollen Modellsysteme synthetisiert werden, mit denen sich im AFM-Experiment attraktive Kräfte zwischen Trifluormethylgruppen messen lassen sollten. Die folgenden drei Teilprojekte dieses Teilbereichs sind der Modifizierung von Peptiden und Proteinen mit fluorierten Aminosäuren gewidmet.

Im Projekt C03 wird das Potential fluoralkylierter Aminosäuren zur Modifikation α-helikaler coiled coil Peptidmotive systematisch evaluiert. Ziel dieses Projekts ist die Anwendung des gewonnenen Wissens zum Design neuer, proteasestabiler Peptidwirkstoffe, die spezifisch an die gp41-Region des Hüllproteins von HIV-1 binden und dadurch die Fusion von viraler und zellulärer Membran verhindern können. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderperiode soll nun ein SPR-basierter assay entwickelt werden, der es erlaubt die Bindungsaffinität der neuen CPeptidanaloga zu studieren. Dazu soll in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Haag (C02) ein trivalenter Ethylenglycol-Linker synthetisiert werden, der das N-Peptid effektiv als Trimer auf der Goldplatte präsentiert.

In Projekt C04 werden Methoden zur Produktion fluorierter Peptide und Proteine entwickelt. Darin liegt ein großes Potential für verschiedene Anwendungen, wie z.B. in der Biotechnologie, zum Einsatz für enzymatische Reaktionen in organischen Lösungsmitteln, bis hin zur Materialwissenschaft. Schwerpunkt wird die Einführung der fluorierten Bausteine durch ribosomale Translation sein. Diese Technologie bietet die Möglichkeit Polypeptide unbegrenzter Länge und mit hoher Geschwindigkeit und Präzision zu synthetisieren. Der Einbau über ribosomale Translation soll zunächst an einem Modellpeptid erfolgen, dass in der Arbeitsgruppe Koksch in einem anderen Zusammenhang bereits ausführlich studiert wurde. Nachfolgend sollen die Faltungseigenschaften des isolierten Peptids mit dem auf chemischem Weg hergestellten Peptid verglichen werden. Damit soll überprüft werden, ob die Fluorierung an gleicher Position und mit gleicher Spezifität erfolgt. Es wird zudem angestrebt das Expressionssystem für komplexe rekombinante coiled-coil Systeme zu erweitern um den globalen Einbau zu ermöglichen.

Projekt C04 wird in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Budisa (C05) durchgeführt, wodurch sich die Expertisen in Aminosäure-/Peptidchemie mit denen in der synthetischen Biologie ergänzen. So ist dann auch das Ziel des Projekts C05 zu untersuchen, in welchem Ausmaße Fluorierung in biologischen Systemen, wie komplexen Proteinen, Proteomen und lebenden Zellen selbst, toleriert werden können. Dazu werden unter anderem Codon Neuzuordnungs- Experimente für die Erkennung verschiedener fluorierter Aminosäuren durchgeführt. In einer automatisierten kontinuierlichen Kultur sollen Zellen einem selektiven Druck ausgesetzt werden, um eine Adaption unter Anwesenheit von fluorierten Aminosäuren zu erreichen. Evolvierte Zellvarianten, d. h. Zellen mit effizientem Einbau fluorierter Aminosäuren, die ein stabiles Wachstum aufweisen, sollen selektiert werden und hinsichtlich ihrer biochemischen und biologischen Eigenschaften getestet werden.

Teilprojekte im Teilbereich B

C01 Fluorierte und perfluoralkylierte Pyrrol- und Pyridinligandensysteme und deren bioaktive Cu(II)-Komplexe Nora Kulak mit Dieter Lentz
C02 Quantifizierung der Wechselwirkung zwischen perfluorierten Gruppen in Selbstanordnungsprozessen Rainer Haag mit Dieter Lentz, Beate Koksch und Beate Paulus
C03 Entwicklung fluorierter, peptidischer Inhibitoren der HIV-1-Infektion Beate Koksch mit Rainer Haag und Hans-Ulrich Reißig
C04 Design und Evolution von fluorierten Proteinen und Proteomen Beate Koksch mit Nediljko Budisa
C05 Automatisierte Evolution von fluorierten Bakterien Nediljko Budisa mit Beate Koksch und Thomas Braun