Phosphatase-Substratbibliotheken

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Phosphatasen sind entscheidende Regulatoren der zellulären Signalübertragung, des Stoffwechsels und der Homöostase. Sie wirken als essenzielle Gegenstücke zu Kinasen, indem sie Phosphatgruppen von Proteinen, Lipiden und anderen Biomolekülen entfernen. Aufgrund ihrer vielfältigen Substraterkennungs-Muster und ihrer breiten physiologischen Funktionen sind gut konstruierte Substratbibliotheken unverzichtbar, um die Spezifität, Aktivität und Regulationsmechanismen von Phosphatasen zu definieren. Bei Creative Enzymes bietet unser Service für Phosphatase-Substratbibliotheken umfassende, anpassbare Sammlungen von assay-fertigen Substraten, die speziell zur Unterstützung der Enzymentdeckung, mechanistischen Charakterisierung und Inhibitorentwicklung entwickelt wurden.

Hintergrund zur Konstruktion von Phosphatase-Substratbibliotheken

Das Gleichgewicht zwischen Phosphorylierung und Dephosphorylierung ist zentral für nahezu jeden Signalweg. Eine dysregulierte Phosphatase-Aktivität wird mit Krebs, Stoffwechselerkrankungen, Neurodegeneration und Autoimmunerkrankungen in Verbindung gebracht. Im Gegensatz zu Kinasen weisen jedoch viele Phosphatasen ein breites Substratspektrum auf, was die Substratidentifikation zu einem bedeutenden Engpass macht.

Beispiel einer Phosphatase-Substratbibliothek Abbildung 1. Kreisdiagramm, das die chemische Zusammensetzung der Phosphatase-Substratbibliothek zeigt. (Huang et al., 2015)

Die besondere Herausforderung der Phosphatase-Substratidentifikation

Die Substraterkennung von Phosphatasen ist aufgrund folgender Faktoren hochkomplex:

Vielfältige Substratklassen: Phosphatasen zielen auf Phosphoproteine, Phospholipide, Nukleotide und Zucker ab, was spezialisierte Bibliotheken für jede Klasse erfordert.
Strukturelle Spezifität: Über die Primärsequenz hinaus erkennen Phosphatasen häufig höhergeordnete Strukturelemente (z. B. Protein-Faltungen, Membranoberflächen oder allosterische Stellen).
Niedrige katalytische Umsätze: Viele Phosphatasen zeigen langsamere Kinetik als Kinasen und erfordern daher hochsensitive Nachweismethoden.
Fehlen universeller Konsensusmotive: Während Kinasen oft erkennbare Motive teilen, sind die Substratpräferenzen von Phosphatasen häufig familienspezifisch oder kontextabhängig.

Warum spezialisierte Phosphatase-Bibliotheken erstellen?

Gut gestaltete Substratbibliotheken sind unerlässlich, um:

Substratspezifität über Serin/Threonin- und Tyrosin-Phosphatasen hinweg zu definieren.
Reproduzierbare Assays zu entwickeln für Aktivitätsmessungen und Inhibitor-Screenings.
Neue oder wenig erforschte Phosphatasen zu charakterisieren, insbesondere Dual-Spezifitäts-Phosphatasen (DUSPs) und Protein-Tyrosin-Phosphatasen (PTPs).
Arzneimittelentwicklungsprogramme zu unterstützen, bei denen validierte Substrate die Entwicklung von Hochdurchsatz-Inhibitor-Assays ermöglichen.

Unser Service begegnet diesen Herausforderungen, indem wir Substrate liefern, die chemisch kompatibel, assay-fertig und strategisch konstruiert sind, um sowohl erwartete als auch unkonventionelle Aktivitäten aufzudecken.

Unsere Serviceangebote

Unsere Phosphatase-Substratbibliotheken sind so konzipiert, dass sie sowohl explorative Studien als auch fortgeschrittene Profilierungen ermöglichen:

Vorgefertigte Phosphatase-Bibliotheken

Gebrauchsfertige Peptid- und Phospho-mimetische Substratsets, die wichtige Serin/Threonin- und Tyrosin-Phosphatasen abdecken.

Kundenspezifisches Design nach Enzymklasse

Maßgeschneiderte Bibliotheken, die die einzigartigen Bindungsstellen-Merkmale von PTPs, DUSPs oder PPP-Familienenzymen widerspiegeln.

Vielfältige Substratformate

Peptidbasiert, phosphorylierte Kleinmoleküle und fluorogene Analoga zur Erfassung verschiedener Aktivitätsmodi.

Systematische Varianten

Erweiterte Motive mit Substitutionen an Schlüsselpositionen, um die Erkennung über kanonische Sequenzen hinaus zu untersuchen.

Markierungs- und Nachweisoptionen

Substrate, die für fluoreszierende Reporter, kolorimetrische Auslesungen oder LC-MS-Quantifizierung ausgelegt sind.

Benchmark-Kontrollen

Positive und negative Referenzsubstrate zur genauen Validierung der Phosphatase-Aktivität.

Dokumentation und Qualitätskontrolle

Vollständige analytische Validierung (HPLC, MS) und Anwendungsempfehlungen.

Integration mit nachgelagertem Screening

Bibliotheken sind assay-fertig für HTS und computergestützte Auswertung.

Unsere Strategien für das Design von Phosphatase-Substratbibliotheken

Strategie	Beschreibung	Anwendung & Stärke
Degenerierte Peptidbibliotheken	Bibliotheken mit festen Phospho-Akzeptor-Resten (pSer, pThr, pTyr), die von randomisierten Aminosäuren umgeben sind.	Definition des Sequenzkontexts Identifiziert Schlüsselfunktionen flankierender Reste an der Phosphorylierungsstelle, die Bindung oder Umsatz fördern (z. B. saure vs. hydrophobe Präferenzen).
Natürlich abgeleitete Phosphopeptidbibliotheken	Peptide aus phosphoproteomischen Studien oder synthetisiert auf Basis bekannter in vivo-Phosphorylierungsstellen.	Biologische Relevanz Testet direkt physiologisch relevante Substrate. Ideal, um Phosphatase-Aktivität mit zellulären Signalwegen zu verknüpfen.
Kleinmolekül- & Lipidbibliotheken	Sammlungen phosphorylierter Metabolite (z. B. Phosphoinositide, Nukleotide, Zucker) oder synthetischer Analoga.	Abbildung metabolischer Phosphatase-Funktionen Kritisch für die Charakterisierung von Lipidphosphatasen (z. B. PTEN, SHIP) oder metabolischen Enzymen (z. B. Phosphatasen der Glykolyse).
Fluorogene & chromogene Substratbibliotheken	Moleküle, die bei der Dephosphorylierung ein detektierbares Signal (Fluoreszenz oder Farbe) freisetzen (z. B. DiFMUP, ELIPA-Plattformen).	Hochdurchsatz-Screening Ermöglicht schnelle, kontinuierliche Aktivitätsassays, ideal für Inhibitordiscovery und kinetische Profilierung.

Unser Workflow: Von der Bibliothek zum validierten Substrat

Workflow der Phosphatase-Substratbibliotheks-Services

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Warum Creative Enzymes wählen

Umfassende Abdeckung

Expertise in verschiedenen Phosphatase-Klassen, einschließlich PTPs, DUSPs, PPP-Familien-Phosphatasen und Lipidphosphatasen.

Anpassbares Design

Bibliotheken, die strukturelle und mechanistische Merkmale der untersuchten Phosphatase widerspiegeln.

Ausgewogene Exploration

Kombination aus kanonischen Phospho-Motiven und explorativen Analoga, um sowohl erwartete als auch unkonventionelle Aktivität zu erfassen.

Assay-Flexibilität

Substrate validiert für verschiedene Nachweissysteme, einschließlich optischer, fluorometrischer, LC-MS- und antikörperbasierter Assays.

Hochwertige Standards

Alle Bibliotheken werden mit strenger Qualitätskontrolle (MS, HPLC) synthetisiert, um Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit zwischen Experimenten zu gewährleisten.

Nahtlose Integration

Direkte Kompatibilität mit Inhibitordiscovery- und Struktursimulations-Workflows für eine durchgängige Unterstützung.

Fallstudien und Erfolgsgeschichten

Fall 1: Kartierung der Substratspezifität einer Dual-Spezifitäts-Phosphatase

Kundenbedarf:

Ein akademisches Team, das Immun-Signalwege erforscht, benötigte ein Substratprofiling für eine Dual-Spezifitäts-Phosphatase mit wenig definierten biologischen Funktionen.

Unser Ansatz:

Wir konstruierten eine kundenspezifische Bibliothek aus 50 phosphorylierten Peptiden, darunter sowohl kanonische Tyrosin- als auch Serin/Threonin-Motive. Das Screening erfolgte mittels LC-MS-Quantifizierung zur Bestimmung der Hydrolyseraten in der Bibliothek.

Ergebnis:

Die Analyse zeigte eine klare Präferenz für Phosphotyrosin-Substrate mit sauren Resten an der +2-Position. Diese Erkenntnisse ermöglichten es den Forschern, neue biologische Ziele für die Phosphatase vorzuschlagen und ihre Ergebnisse in einer Fachzeitschrift zu veröffentlichen.

Fall 2: Entwicklung eines Assays für das Screening von Lipidphosphatase-Inhibitoren

Kundenbedarf:

Ein Pharmaunternehmen, das Kleinmolekül-Modulatoren einer Lipidphosphatase entwickelt, benötigte ein zuverlässiges Substratpanel für die Etablierung eines Hochdurchsatz-Screening-Assays.

Unser Ansatz:

Wir entwarfen eine gemischte Substratbibliothek aus phosphorylierten Inositol-Analoga, einschließlich fluoreszenzmarkierter Derivate für die Echtzeitüberwachung. Die Bibliothek wurde für mikroplattenbasierte Fluoreszenz-Assays optimiert, um eine schnelle Datenerfassung zu ermöglichen.

Ergebnis:

Drei Substrate zeigten unter HTS-Bedingungen starke Aktivität und Reproduzierbarkeit. Der Kunde nutzte diese Substrate, um eine Screening-Kampagne zu starten und identifizierte erfolgreich mehrere Inhibitor-Leads mit therapeutischem Potenzial.

FAQs zu unseren Phosphatase-Substratbibliotheks-Services

F: Können Sie Bibliotheken für Phosphatasen mit breiter oder wenig definierter Spezifität entwerfen?

A: Ja. Wir verwenden Konsensusmotive, Strukturmodellierung und rationale Variation um Phospho-Reste, um Bibliotheken zu erstellen, die sowohl kanonische als auch unkonventionelle Substraterkennung abdecken.
F: Welche Nachweismethoden sind mit Ihren Phosphatase-Bibliotheken kompatibel?

A: Unsere Substrate sind assay-fertig für fluoreszierende, chromogene, radiometrische oder LC-MS-basierte Nachweismethoden. Kundenspezifische Markierungsoptionen sind verfügbar, um den Workflow des Kunden zu unterstützen.
F: Wie groß kann eine Phosphatase-Substratbibliothek sein?

A: Bibliotheken können von kleinen explorativen Sets mit 20–40 Substraten bis zu umfassenden Panels mit über 200 Substraten reichen, abhängig von Projektzielen und Durchsatz.
F: Können Lipidphosphatasen in diesen Service einbezogen werden?

A: Absolut. Wir bieten phosphorylierte Lipidderivate und Analoga, die speziell für PI3K/PTEN-bezogene Signalwege und andere Lipidphosphatasen entwickelt wurden.
F: Liefern Sie Kontrollen mit Ihren Bibliotheken?

A: Ja. Jede Bibliothek enthält validierte positive und negative Kontrollsubstrate, die Benchmarking und Reproduzierbarkeit in Kundenassays ermöglichen.
F: Wie integrieren sich diese Bibliotheken in Inhibitordiscovery-Programme?

A: Identifizierte Hochleistungs-Substrate dienen als zuverlässige Assay-Standards für HTS-Kampagnen und sind direkt für Inhibitor-Screening- und Optimierungs-Workflows einsetzbar.
F: Wie lange dauert die Bereitstellung kundenspezifischer Phosphatase-Bibliotheken in der Regel?

A: Je nach Größe und Komplexität werden Projekte in der Regel innerhalb von 4–8 Wochen abgeschlossen, mit beschleunigten Optionen für dringende Zeitpläne.

Referenz:

Huang H, Pandya C, Liu C, et al. Panoramic view of a superfamily of phosphatases through substrate profiling. Proc Natl Acad Sci USA. 2015;112(16). doi:10.1073/pnas.1423570112

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Projektbeschreibung:

Nur für Forschungs- und Industriezwecke. Nicht für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Bestimmte Produkte in Lebensmittelqualität eignen sich für die Formulierungsentwicklung in Lebensmitteln und verwandten Anwendungen.

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