Die faszinierende Familie der Kleeblatt-Faktor-Peptide gibt Forschung und Industrie Hoffnung, die Behandlung chronischer Erkrankungen wie Morbus Crohn zu verbessern.
Zum ersten Mal, gelang einem Team um ERC-Preisträger Markus Muttenthaler von der Fakultät für Chemie der Universität Wien die Synthese und Faltung des Peptids TFF1, ein wichtiger Akteur beim Schutz und der Reparatur der Schleimhäute.
Die chemische Synthese dieser gastrointestinalen Peptide ist ein wichtiger Schritt zu einem besseren Verständnis ihrer Wirkungsweise und ihres therapeutischen Potenzials. Die Studie wurde in "Chemical Communications" veröffentlicht.
Markus Muttenthaler, ERC-Preisträger, Fakultät für Chemie, Universität Wien
Die drei bekannten Peptide der humanen Kleeblattfaktor-Familie TFF1, TFF2, und TFF3 werden hauptsächlich von der Magen-Darm-Schleimhaut produziert. Benannt nach ihrer kleeblattartigen Faltstruktur, die Moleküle bieten klinisch faszinierende Eigenschaften.
Studien haben gezeigt, dass diese Peptide lokal produziert werden, um Entzündungen und Verletzungen des Magen-Darm-Trakts zu bekämpfen, indem sie die Wundheilung beschleunigen. Deswegen, sie haben ein beträchtliches therapeutisches Potenzial für Magen-Darm- und andere Schleimhauterkrankungen wie das Trockene Auge und Asthma, wie die Forscher in einem zusätzlichen Übersichtsartikel in "ACS Pharmacology &Translational Science" belegen.
"Miteinander ausgehen, es gibt zwei orale Peptidtherapeutika gegen Krankheiten wie das Reizdarmsyndrom auf dem Markt, “, sagt der Medizinchemiker Muttenthaler.
„Aufgrund der relativ großen Molekülgröße sie werden nicht durch die Magen-Darm-Wand in den Blutkreislauf aufgenommen, und kann daher nur lokal im Magen-Darm-Trakt ohne größere Nebenwirkungen wirken."
Die Familie der Kleeblattfaktoren sei "ein wesentlicher Ausgangspunkt für neue Therapiestrategien zur Behandlung von chronischen, unheilbar bleibenden Erkrankungen", erklärt Muttenthaler, der Forschungsgruppen am Department für Biologische Chemie der Universität Wien und der University of Queensland in Brisbane leitet.
Die Studien werden im Rahmen des ERC Starting Grant-Projekts von Muttenthaler durchgeführt, die darauf abzielt, die Mechanismen der Wundheilung im Magen-Darm-Trakt aufzuklären. "Basierend auf der chemischen Synthese der TFF-Peptide, Wir können jetzt Antworten auf grundlegende Fragen finden, die wir vorher nicht angehen konnten."
In ihrer Studie, stellen die Forscher die chemische Synthese von TFF1 und seinem Homodimer vor, ein Molekül, das zwei TFF1-Untereinheiten umfasst. Nur in seiner homodimeren Form konnte TFF1 mit Muzinen interagieren, Hauptstrukturbestandteile des Magen-Darm-Traktes, was den Verschluss der Schleimhautbarriere und deren Heilungsprozess beschleunigt.
Mit einer Länge von 60 Aminosäuren konventionelle Ansätze waren auf die Synthese von TFF1 nicht anwendbar. Die Wissenschaftler entwickelten eine neue Methode, um das Peptid in zwei Fragmente zu synthetisieren und anschließend zusammenzusetzen. Die zweite Herausforderung, die die Wissenschaftler bewältigen mussten, bestand darin, TFF1 durch Auswahl aus einer Vielzahl von Möglichkeiten richtig zu falten.
Die korrekte Faltung wurde dann durch Strukturanalyse bestätigt und es wurde gezeigt, dass das TFF1-Homodimer mit der Magenschleimhaut interagiert. Muttenthaler und sein Team arbeiten nun an der chemischen Synthese der beiden anderen Mitglieder der Kleeblatt-Familie, TFF3 und das anspruchsvollere TFF2, die mit 106 Aminosäuren und 7 Disulfidbrücken länger und komplexer ist.
Die chemische Synthese von TFF1 ist ein Meilenstein auf diesem Gebiet, da sie mehr Möglichkeiten bietet, diese Peptidklasse zu modifizieren. Miteinander ausgehen, rekombinante Expression war der einzige Weg, diese Moleküle zu produzieren. "Deswegen, ihr Design war auf die 20 natürlichen Aminosäuren beschränkt.
Die chemische Synthese ermöglicht es uns nun, fortschrittliche TFF1-Sonden zu entwickeln, um ihre Wirkmechanismen zu untersuchen oder TFF1 für seine therapeutischen Anwendungen zu optimieren“, Muttenthaler erklärt.
Molekulare Sonden sind essentiell für ein besseres Verständnis von TFF1 und seiner Wirkungsweise. Bestimmte Anhaftungen wie fluoreszierende Moleküle oder andere Reporter-Tags können helfen, die Wechselwirkungen von TFF1 mit seinen Zielproteinen oder -rezeptoren zu untersuchen.
Andere Modifikationen könnten verwendet werden, um die Stabilität der Peptide und ihre arzneimittelähnlichen Eigenschaften für eine effizientere therapeutische Anwendung weiter zu verbessern.
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