Hochgeordnete Struktur (HOS)

Als hochgeordnete Proteinstruktur (HOS) bezeichnet man die dreidimensionalen Strukturen, die für Struktur und Funktion erforderlich sind.

Bei der Entwicklung von Proteinen zur Verwendung als Biologika ist die primäre Struktur (Aminosäuresequenz) für die Bestimmung der Proteinaktivität von großer Bedeutung. Aufgrund der komplexen Natur von Proteinwirkstoffen ist es wichtig, die hochgeordnete Struktur (HOS) von Proteinen zu charakterisieren, um ihre Stabilität, Faltung, Struktur und funktionelle Aktivität zu verstehen.

Die Proteinstruktur kann in verschiedene Ebenen eingeteilt werden:

  • Primäre Ordnungsstruktur
    Die Abfolge der Aminosäuren in der Polypeptidkette. Die primäre Sequenz eines Proteins legt seine Struktur und Funktion fest.
  • Sekundäre Ordnungsstruktur
    Dies schließt die lokalisierten Strukturen innerhalb des Protein-Backbones ein. Die häufigsten Arten von sekundären Strukturen sind die α-Helix und das β-Faltblatt, die durch Wasserstoffbindungen an ihrem Platz gehalten werden.
  • Tertiäre Ordnungsstruktur
    Die dreidimensionale Form eines Proteins.
  • Quaternäre Ordnungsstruktur
    Dies ist die Struktur eines Multiproteinkomplexes, wie z. B. eines Dimers oder Trimers.

Sekundäre, tertiäre und quaternäre Strukturen werden zusammen häufig als „Hochgeordnete Struktur“ (HOS) eines Proteins bezeichnet. Die HOS ist für die korrekte Faltung und die dreidimensionale Form eines biologischen Wirkstoffes verantwortlich. Dies kann durch verschiedene Formulierungen beeinflusst werden, die wiederum die Proteinaktivität beeinflussen können. Die Faltung und Form des Proteins wirken sich direkt auf die Funktionalität des Proteinwirkstoffs aus.

Ist die hochgeordnete Struktur für meine Anwendung geeignet? 

Eine fehlerhafte hochgeordnete Struktur kann Sicherheitsprobleme verursachen. Wenn die Gesamtfaltung und damit die 3D-Form eines Proteins nicht korrekt sind, können immunogene Epitope freigesetzt werden und Proteinaggregationen auftreten. Die HOS-Charakterisierung ist ein wichtiger Bestandteil der Biologika-Entwicklung und sollte gemeinsam mit Funktionsanalysen und der Charakterisierung der Primärstruktur durchgeführt werden, um ein umfassendes Verständnis für die Gesamtproteinstruktur zu entwickeln.

Die HOS lässt sich durch eine Vielzahl biophysikalischen Lösungen charakterisieren, darunter:

  • Massenspektrometrie (MS)
  • Circulardichroismus (CD)
  • Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR)
  • Raman-Spektroskopie
  • Röntgenkristallographie
  • Kernspinresonanz (NMR)
  • Nah-UV-CD
  • Größenausschluss-HPLC und SEC-MALS
  • Fluoreszenz
  • Statische und dynamische Lichtstreuung (SLS und DLS)
  • Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
  • Analytische Ultrazentrifugation (AUC)

Unter Einsatz von ergänzenden und orthogonalen Verfahren können HOS-Daten genutzt werden, um Entscheidungen darüber zu treffen, welche Wirkstoffe weiterentwickelt werden sollen, wie die Wirkstoffe zu formulieren sind, sowie für Qualitätskontroll- und Biokompatibilitätsstudien.

Welche HOS-Lösungen (Hochgeordnete Struktur) bietet Malvern Panalytical an?  

Verschiedene Geräte aus unserem Charakterisierungssortiment können für die HOS-Charakterisierung von Biomaterialien eingesetzt werden, darunter die Systeme MicroCal PEAQ DSC und PEAQ-DSC Automated, die Zetasizer-Serie von Lichtstreuungsgeräten und das OMNISEC-System für die Größenausschluss-Chromatographie (SEC) einschließlich SEC-MALS.