@phdthesis{Zemella2019,
  author    = {Zemella, Anne},
  title     = {Fluoreszenzmarkierung und Modifizierung von komplexen Proteinen in eukaryotischen zellfreien Systemen durch die Etablierung von orthogonalen tRNA/Aminoacyl-tRNA-Synthetase-Paaren},
  doi       = {10.25932/publishup-44236},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-442361},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XI, 141},
  year      = {2019},
  abstract  = {Die funktionelle Charakterisierung von therapeutisch relevanten Proteinen kann bereits durch die Bereitstellung des Zielproteins in ad{\"a}quaten Mengen limitierend sein. Dies trifft besonders auf Membranproteine zu, die aufgrund von zytotoxischen Effekten auf die Produktionszelllinie und der Tendenz Aggregate zu bilden, in niedrigen Ausbeuten an aktivem Protein resultieren k{\"o}nnen. Der lebende Organismus kann durch die Verwendung von translationsaktiven Zelllysaten umgangen werden- die Grundlage der zellfreien Proteinsynthese. Zu Beginn der Arbeit wurde die ATP-abh{\"a}ngige Translation eines Lysates auf der Basis von kultivierten Insektenzellen (Sf21) analysiert. F{\"u}r diesen Zweck wurde ein ATP-bindendes Aptamer eingesetzt, durch welches die Translation der Nanoluziferase reguliert werden konnte. Durch die dargestellte Applizierung von Aptameren, k{\"o}nnten diese zuk{\"u}nftig in zellfreien Systemen f{\"u}r die Visualisierung der Transkription und Translation eingesetzt werden, wodurch zum Beispiel komplexe Prozesse validiert werden k{\"o}nnen. Neben der reinen Proteinherstellung k{\"o}nnen Faktoren wie posttranslationale Modifikationen sowie eine Integration in eine lipidische Membran essentiell f{\"u}r die Funktionalit{\"a}t des Membranproteins sein. Im zweiten Abschnitt konnte, im zellfreien Sf21-System, f{\"u}r den G-Protein-gekoppelten Rezeptor Endothelin B sowohl eine Integration in die endogen vorhandenen Endoplasmatisch Retikulum-basierten Membranstrukturen als auch Glykosylierungen, identifiziert werden. Auf der Grundlage der erfolgreichen Synthese des ET-B-Rezeptors wurden verschiedene Methoden zur Fluoreszenzmarkierung des Adenosin-Rezeptors A2a (Adora2a) angewandt und optimiert. Im dritten Abschnitt wurde der Adora2a mit Hilfe einer vorbeladenen tRNA, welche an eine fluoreszierende Aminos{\"a}ure gekoppelt war, im zellfreien Chinesischen Zwerghamster Ovarien (CHO)-System markiert. Zus{\"a}tzlich konnte durch den Einsatz eines modifizierten tRNA/Aminoacyl-tRNA-Synthetase-Paares eine nicht-kanonische Aminos{\"a}ure an Position eines integrierten Amber-Stopcodon in die Polypeptidkette eingebaut und die funktionelle Gruppe im Anschluss an einen Fluoreszenzfarbstoff gekoppelt werden. Aufgrund des offenen Charakters eignen sich zellfreie Proteinsynthesesysteme besonders f{\"u}r eine Integration von exogenen Komponenten in den Translationsprozess. Mit Hilfe der Fluoreszenzmarkierung wurde eine ligandvermittelte Konformations{\"a}nderung im Adora2a {\"u}ber einen Biolumineszenz-Resonanzenergietransfer detektiert. Durch die Etablierung der Amber-Suppression wurde dar{\"u}ber hinaus das Hormon Erythropoetin pegyliert, wodurch Eigenschaften wie Stabilit{\"a}t und Halbwertszeit des Proteins ver{\"a}ndert wurden. Zu guter Letzt wurde ein neues tRNA/Aminoacyl-tRNA-Synthetase-Paar auf Basis der Methanosarcina mazei Pyrrolysin-Synthetase etabliert, um das Repertoire an nicht-kanonischen Aminos{\"a}uren und den damit verbundenen Kopplungsreaktionen zu erweitern. Zusammenfassend wurden die Potenziale zellfreier Systeme in Bezug auf der Herstellung von komplexen Membranproteinen und der Charakterisierung dieser durch die Einbringung einer positionsspezifischen Fluoreszenzmarkierung verdeutlicht, wodurch neue M{\"o}glichkeiten f{\"u}r die Analyse und Funktionalisierung von komplexen Proteinen geschaffen wurden.},
  language  = {de}
}