Odorant-Bindeproteine (OBPs) als molekulare Detektoreinheiten für die Erkennung und Diskriminierung von Duftstoffen

Abstract

Das olfakorische System ist in der Lage, Tausende von Duftstoffen zu diskriminieren und sie z.T. in geringste Konzentrationen zu detektieren. Diese enorme Erkennungskapazität wird generell auf die Vielfalt an Odorantrezeptoren der olfaktorischen Sinneszellen zurückgeführt. Man geht jedoch davon aus, daß die Duftstoffmoleküle zunächst mit den sogenannten Odorant-Bindeproteinen (OBPs) interagieren, die als Transporter die überwiegend hydrophoben organischen Moleküle durch die wässrige Mucusbarriere zu den Sinneszellen transferieren. OBPs gehören zu den Lipocalinen, die sich durch eine simple aber sehr rigide beta-Faß Struktur mit einer hydrophoben Bindungstasche und einer überwiegend hydrophilen Proteinoberfläche auszeichnen; sie stellen damit ideale „Lösungsvermittler“ für hydrophobe Substanzen dar. Die Entdeckung von mehreren OBP-Subtypen in einer Spezies und die geringe Sequenzhomologie der Subtypen untereinander legte die Vermutung nahe, dass die unterschiedlichen OBPs für die Interaktion mit distinkten chemischen Strukturklassen spezialisiert sind, d.h. über eine gewissen Ligandenspezifität verfügen. Im Hinblick auf detaillierte Analysen der Bindungseigenschaften von OBPs wurden drei identifizierte OBP-Subtypen der Ratte in E. coli als Histidin-Fusionsproteine überexprimiert und unter nativen Bedingungen gereinigt. Für die Charakterisierung der Wechselwirkungen dieser Proteine mit verschiedenen Liganden wurde ein markierungsfreier fluoreszenzspektroskopischer “Schnelltest“ entwickelt, der auf einer reversiblen Interaktion von OBP mit Fluoreszenzchromophor beruht. Durch die Änderung der Fluoreszenzeigenschaften des Chromophors bei einer spezifischen Wechselwirkung mit dem OBP sind die gebundenen Chromophoren im Emissionsspektrum selektiv erkennbar; eine Trennung von freiem und gebundenen Chromophore wird dadurch überflüssig. Diese Methode scheint für ein Hochdurchsatzscreening prädestiniert zu sein.