Chemisches Chaperon

Chemische Chaperone sind exogene Substanzen, die den Prozess der Proteinfaltung im Endoplasmatischen Retikulum einer Zelle unterstützen. Sie stabilisieren die Protein-Konformation gegen thermisch und chemisch induzierte Denaturierung.

Natürliche Chaperone sind zelleigene Proteine, die neu synthetisierten Proteinen „helfen“, sich korrekt zu falten. Im Gegensatz dazu sind chemische Chaperone von außen zugeführte Substanzen, mit teilweise recht einfacher chemischer Struktur. Die chemischen Chaperone unterstützen ebenfalls den Prozess der Proteinfaltung. Sie erhöhen beispielsweise die Löslichkeit der Proteine und unterdrücken damit die Aggregation von ungefalteten Proteinen. Einen etwas anderen Wirkmechanismus hat Phenylbutyrat (PBA), das die hydrophoben Domänen fehlgefalteter Proteine maskiert und so deren Aggregation verhindert.

Für pharmakologische In-vivo-Anwendungen als Arzneimittel werden zu hohe systemische Konzentrationen an chemischen Chaperonen benötigt, die mit erheblichen toxischen Nebenwirkungen verbunden sind.^[1] In vitro werden dagegen chemische Chaperone häufig bei der Produktion von rekombinanten Proteinen eingesetzt.^[2] Dort erhöhen sie die Produktionsausbeute.^[3]

Im Gegensatz zu den chemischen Chaperonen binden die pharmakologischen Chaperone spezifisch an ungefaltete Proteine – im Idealfall nur an einen Proteintyp – und stabilisieren die Struktur des Proteins.^[1][4] In einigen Veröffentlichungen werden allerdings die Begriffe chemisches Chaperon und pharmakologisches Chaperon synonym verwendet.^[5]

Zu den chemischen Chaperonen gehört eine Vielzahl organischen Verbindungen. Dimethylsulfoxid, Polyamine wie Spermin und Spermidin, Polyole wie Glycerin, bestimmte Aminosäuren wie Lysin, sind die einfachsten Vertreter chemischer Chaperone.^[6] Phenylbutyrat (genauer: 4-Phenylbutyrat) ist ein chemisches Chaperon, das aufgrund seines breiten Wirkungsspektrums – nicht nur als chemisches Chaperon – ein hohes pharmakologisches Potenzial hat.^[7][8]

• E. Papp, P. Csermely: Chemical chaperones: mechanisms of action and potential use. In: Handbook of experimental pharmacology. Nummer 172, 2006, S. 405–416, ISSN 0171-2004. PMID 16610368.
• S. H. Kim, Y. B. Yan, H. M. Zhou: Role of osmolytes as chemical chaperones during the refolding of aminoacylase. In: Biochemistry and cell biology = Biochimie et biologie cellulaire. Band 84, Nummer 1, Februar 2006, S. 30–38, ISSN 0829-8211. doi:10.1139/o05-148. PMID 16462887.
• Y. Nagao, H. Ishiguro, N. Nukina: DMSO and glycerol reduce bacterial death induced by expression of truncated N-terminal huntingtin with expanded polyglutamine tracts. In: Biochimica et biophysica acta. Band 1502, Nummer 2, Oktober 2000, S. 247–256, ISSN 0006-3002. PMID 11040449.
• D. S. Yang, C. M. Yip u. a.: Manipulating the amyloid-beta aggregation pathway with chemical chaperones. In: The Journal of biological chemistry. Band 274, Nummer 46, November 1999, S. 32970–32974, ISSN 0021-9258. PMID 10551864.

1. ↑ ^{a b} S. Vogelbein: Das Qualitätskontrollsystem in post-ER Kompartimenten eukaryotischer Zellen am Beispiel des Vasopressin-V2-Rezeptors. Dissertation, FU Berlin 2009, S. 21.
2. ↑ S. Prasad, P. B. Khadatare, I. Roy: Effect of chemical chaperones in improving the solubility of recombinant proteins in Escherichia coli. In: Applied and environmental microbiology. Band 77, Nummer 13, Juli 2011, S. 4603–4609, ISSN 1098-5336. doi:10.1128/AEM.05259-11. PMID 21551288. PMC 3127727 (freier Volltext).
3. ↑ A. de Marco: Molecular and chemical chaperones for improving the yields of soluble recombinant proteins. In: Methods in molecular biology (Clifton, N.J.). Band 705, 2011, S. 31–51, ISSN 1940-6029. doi:10.1007/978-1-61737-967-3_3. PMID 21125379. (Review).
4. ↑ T. Arakawa, Y. Kita u. a.: Aggregation suppression of proteins by arginine during thermal unfolding. In: Protein and peptide letters. Band 13, Nummer 9, 2006, S. 921–927, ISSN 0929-8665. PMID 17100648.
5. ↑ Y. Suzuki, S. Ogawa, Y. Sakakibara: Chaperone therapy for neuronopathic lysosomal diseases: competitive inhibitors as chemical chaperones for enhancement of mutant enzyme activities. In: Perspectives in medicinal chemistry. Band 3, 2009, S. 7–19, ISSN 1177-391X. PMID 19812739. PMC 2754921 (freier Volltext).
6. ↑ S. Z. Bathaie, B. B. Nobakht u. a.: Effect of chemical chaperones on glucose-induced lysozyme modifications. In: The protein journal. Band 30, Nummer 7, Oktober 2011, S. 480–489, ISSN 1875-8355. doi:10.1007/s10930-011-9353-x. PMID 21882049.
7. ↑ T. Iannitti, B. Palmieri: Clinical and experimental applications of sodium phenylbutyrate. In: Drugs in R&D. Band 11, Nummer 3, September 2011, S. 227–249, ISSN 1179-6901. PMID 21902286.
8. ↑ G. H. Yam, K. Gaplovska-Kysela u. a.: Sodium 4-phenylbutyrate acts as a chemical chaperone on misfolded myocilin to rescue cells from endoplasmic reticulum stress and apoptosis. In: Investigative ophthalmology & visual science. Band 48, Nummer 4, April 2007, S. 1683–1690, ISSN 0146-0404. doi:10.1167/iovs.06-0943. PMID 17389500.