(cm (mailto:christoph.meier@sl.ethz.ch) ) Viele Proteine in lebenden Zellen setzen sich aus mehreren Untereinheiten zusammen. Dieser Prozess der Oligomerisierung führt zu vorteilhaften Eigenschaften, welche die einzelne Untereinheiten, die Monomere, nicht aufweisen. So weisen die Oligomere beispielsweise eine grösser Stabilität oder eine neue Bindungsstellen auf. Die Anordnung in einem Oligomer, auch quartäre Struktur genannt, kann wiederum variiert werden. Der Gruppe von ETH-Professor Donald Hilvert vom Laboratorium für organische Chemie ist es nun gelungen (1) , die Evolution innerhalb einer quartären Struktur zu simulieren. Dabei erhöhte sich die Effizienz des neu entstandenen Proteins um das 400fache. Die Arbeit erschien diesen Monat im Wissenschaftsmagazin „Protein Science“ (2) .

Für ihre Forschung gingen die Forscher nicht von einem „State of the Nature“-Protein aus, sondern verwendeten ein Variante des Proteins Chorismat-Mutase, das sie selber in früheren Experimenten erzeugt hatten. Dieses war weniger aktiv als das Wiltyp-Protein, doch bestand es statt aus zwei aus sechs Untereinheiten und war einigermassen stabil. Die Forscher nahmen nun die DNA-Sequenz dieser Variante und vermehrten sie über zwei Runden im Reagenzglas so, dass aufgrund von gewollten Kopierfehlern neue Varianten entstanden.

Als sie die Proteinprodukte dieser verschiedenen neuen DNA-Sequenzen analysierten, fanden sie eines, das gegenüber der Ausgangsvariante eine 400fache grössere Aktivität aufwies. Damit lag dieses Protein in der Grössenordnung des Wildtyps. Eine weitere Analyse ergab, dass sich das neue Protein aus drei Untereinheiten zusammensetzte. Auf der Ebene der Aminosäuren, den Bausteinen der Proteine, wies es drei Änderungen im Vergleich zum Ausgangsprodukt auf.

Bemerkenswerterweise befanden sich aber diese Änderungen nicht im Bereich der aktiven Stelle der einzelnen Untereinheiten statt, also nicht dort, wo das Protein sein Substrat bindet, sondern an anderen Stellen an der Oberfläche des Proteins. Das spricht dafür, dass die Änderungen die Bindungseigenschaften innerhalb und zwischen den einzelnen Untereinheiten beeinflussen. Die Untersuchung zeigt somit, dass eine kleine Anzahl scheinbar harmloser Änderungen in einem Protein genügt, um neue quartäre Strukturen zu erzeugen und die Aktivität zu optimieren.