Molekulares Display

Molekulares Display ist eine biochemische Technik, mit der Proteine und Peptide auf Bindungseigenschaften (Affinität) oder katalytische Aktivität gescreent und evolviert werden können. Dazu werden Mitglieder einer Protein-Bibliothek auf einem makromolekularen Träger (in vitro molekulares Display) oder auf organismischen Systemen (Zellen, Viren) präsentiert (in vivo molekulares Display). Wesentlich bei allen Molekularen Display-Systemen ist die Koppelung von Genotyp und Phänotyp, d. h., das zu screenende Protein wird kovalent oder nicht-kovalent durch Kompartimentierung mit der zugehörigen genetischen Information gekoppelt.

Arten

Es wurden bislang folgende Arten von molekularem Display beschrieben:

in vitro molekulares Display:

• Ribosomen-Display
• mRNA-Display
• DNA-Display

in vivo molekulares Display:

• bakterielles Display
• Phagen-Display
• Hefe-Display
• Säugerzellen-Display
• retrovirales Display

Ablauf

Der Ablauf ist je nach Art des verwendeten Systems unterschiedlich. Es gibt jedoch gemeinsame charakteristische Schritte im molekularen Display:

1. Die Herstellung einer molekularen Bibliothek: Für die bisher vorgestellten Systeme bietet sich dabei zunächst DNA als Träger der Information an. Die DNA-Bibliothek wird in vitro oder in vivo in eine RNA-Bibliothek transkribiert und nachfolgend in eine Protein-Bibliothek translatiert. Die einzelnen Mitglieder der Proteinbibliothek sind über i) kovalente oder ii) nicht-kovalente Bindungen oder iii) durch Kompartimentierung mit der genetischen Information in Form von DNA oder RNA verbunden. Bei manchen Systemen kommen Trägermoleküle (englisch
   molecular carrier
   ) zum Einsatz, die es ermöglichen, das zu screenende Molekül effizient an der Oberfläche des Kompartiments zu präsentieren; sie dienen somit als Brücke bzw. Rahmen.
2. Die Proteinbibliothek wird auf eine Eigenschaft hin gescreent: Es sind Screenings auf Bindungseigenschaften wie Affinität und Avidität sowie katalytische Aktivität beschrieben worden. Die meisten Display-Systeme haben eine Affinitätsreifung zum Ziel. Moleküle, welche die gewünschte Eigenschaft in hohem Maße aufweisen, werden selektiv angereichert (englisch
   panning
   ).
3. Die genetische Information wird isoliert und amplifiziert: Dabei kann eine weitere Expansion der Diversität der ursprünglichen Bibliothek durch Mutagenese, beispielsweise fehlerhafte PCR, eingebaut werden. Damit steht die genetische Information für eine weitere Panning-Runde zur Verfügung, um Protein mit erwünschten Eigenschaften weiter anzureichern oder zu evolvieren.

Nach Abschluss einiger Panning-Runden werden die Proteine auf Einzelklon-Basis in Hinblick auf ihre gewünschte Eigenschaft analysiert. Mit molekularen Display-Techniken ist es möglich, Antikörper mit Affinitäten im femtomolaren Bereich zu erzeugen.