Protease-Substratbibliotheken

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Proteasen sind essenzielle Enzyme, die vielfältige physiologische Prozesse regulieren, indem sie Peptidbindungen in Proteinen und Peptiden spalten. Sie sind an zahlreichen biologischen Signalwegen beteiligt, von der Verdauung und Immunabwehr bis hin zu Apoptose und Gewebeumbau. Eine abnormale Proteasenaktivität steht im Zusammenhang mit Krebs, Neurodegeneration, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Infektionskrankheiten, was sie zu hochrelevanten therapeutischen Zielmolekülen macht. Bei Creative Enzymes bietet unser Service für Protease-Substratbibliotheken umfassende, assay-fertige Peptidsammlungen, die darauf ausgelegt sind, die Spezifität von Proteasen zu charakterisieren, die katalytische Effizienz zu definieren und die Inhibitoren-Entdeckung zu unterstützen.

Hintergrund zu Proteasen und ihrer Spezifität

Die Erstellung von Protease-Substratbibliotheken ist eine grundlegende Methodik in der Enzymologie, der Arzneimittelforschung und der Proteomik. Proteasen (oder Peptidasen) katalysieren die Hydrolyse von Peptidbindungen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Proteinverarbeitung, der zellulären Regulation und in Krankheitswegen.

Die Spezifität von Proteasen wird durch die Aminosäuresequenz um die Spaltstelle herum bestimmt, typischerweise beschrieben anhand der P- (non-prime) und P'- (prime) Positionen relativ zur spaltbaren Bindung. Jede Proteaseklasse (Serin-, Cystein-, Aspartat- und Metalloproteasen) zeigt einzigartige Präferenzen, die subtil und kontextabhängig sein können.

Background on protease substrate specificity Abbildung 1. Die Nomenklatur der Substratspezifität von Proteasen. (Song et al., 2011)

Die besondere Herausforderung der Identifizierung von Protease-Substraten

Die Spezifität von Proteasen ist facettenreich und wird bestimmt durch:

Erweiterte Substellen-Interaktionen: Proteasen erkennen Sequenzen jenseits der Spaltstelle und zeigen Präferenzen an mehreren Substratpositionen (z. B. P4–P4′ bei vielen Proteasen).
Vielfältige katalytische Mechanismen: Proteasen werden in Familien eingeteilt (z. B. Serin-, Cystein-, Aspartat-, Metallo-), die jeweils maßgeschneiderte Substratdesigns erfordern.
Kontextabhängige Aktivität: Die Spaltung des Substrats kann von der Proteinstruktur, der zellulären Lokalisation oder allosterischer Regulation abhängen.
Nachgeschaltete Effekte: Proteasen lösen häufig Kaskaden aus (z. B. bei Apoptose oder Blutgerinnung), wodurch ihre Substrate zu hochrelevanten therapeutischen Zielmolekülen werden.

Weshalb spezialisierte Protease-Bibliotheken erstellen?

Generische Peptidbibliotheken sind aufgrund der Vielfalt der Proteasen ineffektiv. Maßgeschneiderte Bibliotheken ermöglichen:

Die Entwicklung robuster Aktivitäts-Assays für neuartige oder modifizierte Proteasen.
Das Mapping von Sequenzmotiven, um physiologische Substrate zu identifizieren.
Die Unterstützung der selektiven Inhibitorenentwicklung in der pharmazeutischen Forschung.
Das Benchmarking von modifizierten Protease-Varianten für industrielle und biomedizinische Anwendungen.

Systematische Substratbibliotheken, kombiniert mit Hochdurchsatz-Detektionsmethoden, bieten eine leistungsstarke Plattform zur Aufklärung der Proteasenspezifität und zur Förderung der translationalen Forschung.

Unsere Serviceangebote

Unsere Protease-Substratbibliotheken sind darauf ausgelegt, sowohl explorative als auch fortgeschrittene Forschungsziele zu erfüllen:

Vordefinierte Substratbibliotheken

Fertige Panels, die die wichtigsten Proteaseklassen (Serin-, Cystein-, Aspartat- und Metalloproteasen) mit breiter Motivabdeckung abdecken.

Individuelle Spaltmotiv-Bibliotheken

Substrate, die um bekannte oder vorhergesagte Erkennungssequenzen herum entworfen wurden, unter Nutzung von Strukturdaten, Homologiemodellen oder Literaturmotiven.

Positional Scanning Synthetic Combinatorial Libraries (PS-SCL)

Systematische Variation von Aminosäuren an P- und P'-Positionen zur präzisen Kartierung der Substratspezifität.

Fluorogene und chromogene Substrate

Bibliotheken mit AMC-, AFC- oder FRET-basierten Markern zur Echtzeitüberwachung der Spaltung.

Erweiterte und naturnahe Peptidsubstrate

Längere Peptidsequenzen, die physiologische Spaltstellen nachahmen, um die biologische Relevanz zu erhöhen.

Bibliotheken mit nicht-natürlichen Aminosäuren

Substratanaloga mit modifizierten Resten zur Untersuchung der Proteasetoleranz und Erweiterung der chemischen Vielfalt.

Kontrollsubstrate

Positive Kontrollen mit validierten Spaltmustern und nicht spaltbaren Analoga zum Benchmarking.

Assay-kompatible Bereitstellung

Substrate, die für Fluoreszenz-, Absorptions- oder LC-MS-Detektionssysteme formatiert sind und eine nahtlose Integration in HTS ermöglichen.

Umfassende Qualitätskontrolle und Dokumentation

Jedes Peptid wird durch HPLC und MS validiert, mit vollständigen Sequenz- und Assay-Kompatibilitätsdetails.

Unsere Strategien für das Design von Protease-Substratbibliotheken

Strategie	Beschreibung	Anwendung & Stärke
Positional Scanning Synthetic Combinatorial Libraries (PS-SCL)	Bibliotheken mit fixierten Resten an einer Position und Degeneration an anderen (z. B. P1-Diversität mit gemischtem P4–P2/P2′–P4′).	Goldstandard für Spezifitätskartierung Quantifiziert die Beiträge jeder Substelle zur Katalyse (z. B. Identifizierung der P1 Arg/Lys-Präferenz von Trypsin).
Proteom-abgeleitete Peptidbibliotheken	Peptide, die aus proteolytischen Verdauungen biologischer Proben gewonnen oder basierend auf natürlichen Spaltstellen synthetisiert wurden.	Biologische Relevanz Verknüpft Proteasenaktivität mit nativen Signalwegen (z. B. Caspase-Substrate bei Apoptose).
Fluorogene/chromogene Substratbibliotheken	Peptide, die mit Fluorophoren/Quenchern (z. B. AMC, Dabcyl) oder chromogenen Gruppen (z. B. pNA) konjugiert sind, die bei Spaltung ein Signal freisetzen.	Hochdurchsatz-Screening Ermöglicht Echtzeit-Kinetik-Assays zur Inhibitoren-Entdeckung und Substratoptimierung (z. B. für SARS-CoV-2 M^pro).
Phage Display und Zelloberflächen-Bibliotheken	Bibliotheken von Peptiden, die auf Phagen oder Zellen präsentiert werden und auf spaltungsinduzierte Bindung oder Freisetzung gescreent werden.	Entdeckung neuer Sequenzen Identifiziert hochaffine Substrate durch iteratives Biopanning.

Unser Workflow: Von der Bibliothek zum validierten Substrat

Workflow of protease substrate library construction services

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Weshalb Creative Enzymes wählen

Umfassende Abdeckung

Expertise in allen Proteasefamilien, einschließlich therapeutischer Ziele wie MMPs, Caspasen und Cathepsinen.

Fortschrittliche Spezifitätskartierung

Einsatz von PS-SCL-Technologie und Motiv-Varianten-Bibliotheken für detaillierte Profile der Spaltpräferenzen.

Flexible Substratformate

Substrate als fluorogene, chromogene oder unmarkierte Peptide für verschiedene Assay-Typen verfügbar.

Biologisch relevante Optionen

Naturnahe und erweiterte Substrate zur besseren Nachbildung physiologischer Spaltvorgänge.

Strenge Qualitätskontrolle

Hochreine Peptide, validiert durch analytische Methoden für Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit.

Workflow-Integration

Bibliotheken, die für den direkten Einsatz in Hochdurchsatz-Assays, Inhibitoren-Entdeckung oder computergestützten Docking-Studien entwickelt wurden.

Fallstudien und Erfolgsgeschichten

Fall 1: Charakterisierung einer neuartigen Metalloprotease für die Onkologieforschung

Kundenbedarf:

Ein Pharmaunternehmen identifizierte eine neue Metalloprotease, die mit Tumorprogression assoziiert ist, und benötigte ein Substratprofiling zur Etablierung einer Assay-Plattform für das Inhibitoren-Screening.

Unser Ansatz:

Wir entwickelten eine maßgeschneiderte Substratbibliothek aus 80 Peptiden, die Konsensus-Metalloprotease-Motive und explorative Varianten enthielt. Das Screening erfolgte mit einem FRET-basierten Assay zur Echtzeitüberwachung der Spaltungsaktivität.

Ergebnis:

Die Studie identifizierte ein spezifisches Spaltmotiv, das durch hydrophobe Reste an P1' und P2' gekennzeichnet ist. Diese Erkenntnisse bildeten die Grundlage für das Inhibitordesign, und das Unternehmen brachte mehrere Verbindungen in die präklinische Bewertung.

Fall 2: Entwicklung von Protease-Varianten für die industrielle Biokatalyse

Kundenbedarf:

Ein Biotech-Startup, das Proteasen für die Peptidsynthese entwickelt, benötigte eine systematische Bewertung der Substrattoleranz über verschiedene modifizierte Varianten hinweg.

Unser Ansatz:

Wir konstruierten eine positional scanning library aus 120 Peptiden mit variierenden Resten an P1–P3 und P1'–P2'. Die Aktivität wurde mittels LC-MS quantifiziert, um hochauflösende Spaltkarten für jede Variante zu erstellen.

Ergebnis:

Die Analyse zeigte, dass eine modifizierte Protease eine deutlich erweiterte Toleranz an der P2-Position aufwies, was eine effiziente Verarbeitung sonst unzugänglicher Peptidsubstrate ermöglichte. Der Kunde integrierte diese Variante in seinen industriellen Prozess, senkte die Synthesekosten und steigerte die Ausbeuten.

FAQs zu unseren Protease-Substratbibliotheks-Services

F: Bieten Sie Substratbibliotheken für alle Proteasefamilien an?

A: Ja. Wir decken Serin-, Cystein-, Aspartat- und Metalloproteasen sowie spezialisierte Ziele wie Caspasen, Cathepsine und MMPs ab.
F: Können Sie Bibliotheken für modifizierte oder synthetische Proteasen entwerfen?

A: Absolut. Unser individueller Designservice berücksichtigt modifizierte Enzyme, mit Motiv-Varianten- und positional scanning-Strategien, die auf nicht-natürliche Erkennungsmuster zugeschnitten sind.
F: Welche Detektionsmethoden werden unterstützt?

A: Die Bibliotheken sind kompatibel mit Fluoreszenz (AMC, AFC, FRET), Absorption, radiometrischen und LC-MS-Auslesungen und bieten so Flexibilität für verschiedene Assay-Plattformen.
F: Können Sie physiologisch relevante Spaltstellen einbeziehen?

A: Ja. Wir entwerfen erweiterte Peptidsubstrate oder Sequenzen, die aus nativen Proteinen abgeleitet sind, um physiologische Spaltvorgänge nachzubilden.
F: Bieten Sie Kontrollsubstrate an?

A: Ja. Bibliotheken können mit positiven und negativen Kontrollen geliefert werden, um die Aktivität zu benchmarken und Assay-Bedingungen zu validieren.
F: Wie lange dauert ein typisches Projekt?

A: Maßgeschneiderte Protease-Substratbibliotheken werden in der Regel innerhalb von 4–8 Wochen geliefert, mit beschleunigten Optionen für priorisierte Projekte.

Referenz:

Song J, Tan H, Boyd SE, et al. Bioinformatic approaches for predicting substrates of proteases. J Bioinform Comput Biol. 2011;09(01):149-178. doi:10.1142/S0219720011005288

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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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