PNA‐Hybridsequenzen als Erkennungseinheiten in SNARE‐Protein‐analogen Peptiden

• Published in: Angewandte Chemie Vol. 130; no. 45; pp. 15148 - 15152
• Main Authors: Hubrich, Barbara E., Kumar, Pawan, Neitz, Hermann, Grunwald, Matthias, Grothe, Tobias, Walla, Peter Jomo, Jahn, Reinhard, Diederichsen, Ulf
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim Wiley Subscription Services, Inc 05-11-2018
• Subjects: Chemistry; Fusion protein; Liposomen; Membranfusion; Modellsysteme; Peptide nucleic acids; Peptidnukleinsäuren; Proteins; SNAP receptors; SNARE-Proteine
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.201805752

Die Fusion von Membranen ist ein grundlegender Prozess in der Natur, der oft durch die spezifische Interaktion von SNARE‐Proteinen herbeigeführt wird. SNARE‐Modellsysteme, in denen die SNARE‐Domänen durch kleine artifizielle Einheiten ersetzt sind, stellen wertvolle Werkzeuge dar, um die Membranfusion in vitro zu untersuchen. Hier werden Synthese und Analyse von SNARE‐Modellpeptiden vorgestellt, die eine aus zwei unterschiedlichen Peptidnukleinsäure(PNA)‐Topologien zusammengesetzte Erkennungseinheit besitzen. Diese neuartige Erkennungseinheit wurde entwickelt, um den Reißverschluss‐Mechanismus der SNARE‐Proteine nachzustellen, der für die Einleitung der SNARE‐Protein vermittelten Membranfusion verantwortlich gemacht wird. Die Erkennungseinheit besteht aus N‐(2‐Aminoethyl)glycin‐PNA (Aeg‐PNA) und Alanyl‐PNA, die beide ihren entsprechend komplementären Strang erkennen können, allerdings unterschiedliche Duplextopologien und Duplexbildungskinetiken aufweisen. Neben der Charakterisierung der Duplexbildung der PNA‐Hybridoligomere wird auch die Fusogenität der Modellpeptide anhand von Lipidmischungsexperimenten untersucht und es wird gezeigt, dass die Modellpeptide Fusion induzieren. Unerwartet war, dass Peptide mit einer Erkennungseinheit von nur fünf Aeg‐PNA‐Einheiten bereits die Fusion von Liposomen induzieren und sich dabei bislang sogar als am effizientesten erwiesen haben.
SNARE‐Modellpeptide mit neuartigen Erkennungseinheiten aus zwei unterschiedlichen PNA‐Topologien werden synthetisiert und hinsichtlich eines möglichen SNARE‐Reißverschluss‐Mechanismus analysiert. Lipidmischungsexperimente zeigen, dass Peptide mit einer pentameren Aeg‐PNA‐Sequenz die Liposomfusion am effizientesten induzieren.