SPP 1623:  Chemoselective Reactions for the Synthesis and Application of Functional Proteins

• Subject Area: Chemistry ; Biology
• Term: from 2012 to 2021
• Website: Homepage
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 198742546

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Das von der DFG im Jahr 2012 ins Leben gerufene Schwerpunktprogramm 1623 hatte sich zum Ziel gesetzt, neue Methoden für die Synthese funktionaler Proteine zu etablieren, um diese für die Beantwortung biologischer Fragen, beispielsweise im Bereich der Signaltransduktion, der Glykobiologie oder der Histonforschung, und für die Gewinnung neuer diagnostischer oder therapeutischer Ansätze anzuwenden. In zwei jeweils dreijährigen Förderperioden (2012 – 2015 und 2016 – 2019) wurden 35 Projektleiter*Innen in insgesamt 22 Projekten (davon 10 Einzel-, 10 Tandem- und 2 Triple-Projekte) gefördert, in denen zahlreiche innovative Methoden für die konvergente Protein(semi)synthese erarbeitet und erstklassig publiziert wurden, wie z.B. neue Ligationsstrategien, chemoenzymatische oder bioorthogonale Reaktionen sowie der ortsspezifische Einbau hochreaktiver unnatürlicher Aminosäuren durch Amber-Suppressionsverfahren in Proteine. Wissenschaftler*Innen des SPP gelang es, neue biochemische Verfahren (TTL-Ligation, enzymatische Phosphocholinierung, reverse Proteolyse, orthogonale Formylglycin-Generating-Enzyme, optimierte Split-Inteine, Sortase-Ligationen oder unnatürliche Proteintranslationen) mit chemoselektiven Reaktionen zu kombinieren, um verschiedene Proteine, wie Rezeptoren, unterschiedliche Antikörper-Formate und Histone, sowohl in vitro als auch in lebenden Zellen mit funktionalen Modulen wie Fluorophoren, chemischen Sonden oder Wirkstoffen zu verknüpfen. Des Weiteren wurden neue Ansätze für bioorthogonale Modifizierung von Zuckern auf der Oberfläche lebender Zellen durch metabolisches Glykanengineering sowie neue chemoselektive Ligations- und Konjugationsreaktionen eingeführt und für die Funktionalisierung zahlreicher Proteine und Antikörper angewandt. Weitere Höhepunkte des SPP schlossen Semisynthesen von Proteinen mit höchst anspruchsvollen posttranslationalen Modifikationsmustern ein, welche wichtige Erkenntnisse zur natürlichen Funktion von Phosphorylierungen, Lipidierungen, Glykosylierungen und Ubiquitylierungen lieferten. Diese Methoden mündeten in der Etablierung völlig neuartiger Forschungsansätze mit besonderer Bedeutung für die molekularen Lebenswissen, wie dem Transport von (semi-)synthetischen Proteinen und fluoreszenten Antikörpern in lebende Zellen, neuen Methoden für die hochauflösende Fluoreszenzspektroskopie und optochemischen Verfahren für die Untersuchung von GPCRs. Schlussendlich entwickelten mehrere Projekte neue Antikörperund Protein-Konjugate für pharmakologische Anwendungen, dabei insbesondere Antikörper-Wirkstoff-Konjugate (ADCs) als neue Biopharmazeutika gegen Krebs oder Protein-Konjugate als antivirale Wirkstoffe, welche zu mehreren Patentschriften und erfolgreichen Firmengründungen insbesondere durch ehemalige Doktoranden des SPP führten. Parallel zu diesen wissenschaftlichen Spitzenleistungen ermöglichte das SPP 1623 die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses sowohl auf Ebene der Doktorand*Innen als auch der Nachwuchsgruppenleiter*Innen, Gleichstellungsmaßnahmen und die Organisation wissenschaftlicher Tagungen, dabei zum einen SPP-interne Berichts- und Doktorandentreffen als auch internationale Symposien wie den Chemical Protein Synthesis (CPS) Meetings 2013, 2015, 2017 und 2019, die nachhaltig zur Sichtbarkeit dieses äußerst erfolgreichen Schwerpunktprogramms beitrugen.

Publications

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• Orthogonal peptide-templated labeling elucidates lateral ETAR/ETBR proximity and reveals altered downstream signalling. ChemBioChem 2021
  P. Wolf, A. Mohr, G. Gavins, V. Behr, K. Mörl, O. Seitz, A.G. Beck-Sickinger
  
• Photo-induced receptor confinement drives ligand-independent GPCR signaling. Science 2021, 371, abb7657
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• Sortase mediated multi-fragment assemblies by ligation site switching. Angew. Chem. Int. Ed. 2021
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