Forscher der Universität Regensburg und des Zentrums für Proteindiagnostik (PRODI) der Ruhr-Universität Bochum haben eine innovative Methode entwickelt, die computergestützte Proteinmodellierung mit spektroskopischen Experimenten kombiniert. Ihr Ziel ist es, Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen auf atomarer Ebene präzise zu validieren und dadurch ein tiefgreifenderes Verständnis der molekularen Bindungsmechanismen zu ermöglichen.
Ein Kernstück dieser Methode ist die gezielte Schaffung sogenannter „toter Mutanten“. Dies sind Varianten eines Antikörpers mit einer einzelnen, präzise platzierten Mutation, die die Bindung an sein Zielantigen vollständig aufhebt. Indem die Forscher spezifische Bindungen gezielt stören, können sie identifizieren, welche atomaren Kontakte für die Antikörper-Antigen-Interaktion unerlässlich sind.
Als Fallbeispiel nutzten die Forscher den Antikörper Solanezumab, der das Amyloid-beta (Aβ)-Peptid bindet, einen Hauptfaktor bei Alzheimer. Sie sagten voraus, dass eine einzelne Mutation (G95AHC) in Solanezumab die Aβ-Bindung vollständig unterbinden würde. Diese Vorhersage wurde experimentell mittels Immuno-Infrarot-Biosensoren (iRS) und ELISA-Tests umfassend validiert. Die Ergebnisse bestätigten, dass die „tote Mutante“ keine Bindung an das Antigen zeigte, während die native Struktur des Antikörpers erhalten blieb. Diese experimentelle Bestätigung liefert direktes Wissen über die Antikörper-Antigen-Interaktion.
Die eingesetzten iRS-Systeme basieren auf der ATR-FTIR-Spektroskopie, arbeiten markierungsfrei und liefern zusätzliche Informationen über die Sekundärstruktur des Antigens. Sie können Aβ-Fehlfaltung bereits Jahre vor dem Auftreten klinischer Symptome erkennen, was eine frühe Alzheimer-Diagnose ermöglichen kann. Ein Vorteil der „toten Mutanten“ in diesem Kontext ist ihre Funktion als ideale negative Kontrollen: Da iRS-Systeme alle immobilisierten Proteine erfassen, helfen die Mutanten, spezifische Bindungen eindeutig von unspezifischen Bindungen zu unterscheiden und so die diagnostische Zuverlässigkeit deutlich zu erhöhen. Tests mit Liquorproben (CSF) unterstrichen die Spezifität dieser Methode.
Zusammenfassend demonstriert diese Studie die Leistungsfähigkeit der Kombination aus computergestützter Modellierung und experimenteller Validierung für das detaillierte Verständnis von Antikörper-Antigen-Interaktionen auf atomarer Ebene. Dieser interdisziplinäre Ansatz hat großes Potenzial für diagnostische und möglicherweise therapeutische Anwendungen und ist grundsätzlich auf andere Antikörper und ihre Antigene übertragbar.
Weitere Informationen finden Sie in unserer Originalpublikation:
Marvin Scherlo, Adrian Höveler, Marvin Mann, Grischa Gerwert, Jörn Güldenhaupt, Klaus Gerwert, Till Rudack, Carsten Kötting
Replacement of a single residue in an antibody abolishes cognate antigen binding, as predicted by theoretical methods
Computational and Structural Biotechnology Journal 2025 27:4363-4372 doi: 10.1016/j.csbj.2025.10.018 (externer Link, öffnet neues Fenster)
