Grundlagen der Peptide

Peptide spielen eine wichtige Rolle bei der Signalübertragung und Funktion der Zellen[1], [2], und kann als wichtiges Instrument für Forschung und therapeutische Behandlungen genutzt werden[3]. Diese kurzen Aminosäureketten sind wesentliche Vermittler in verschiedenen biologischen Prozessen, darunter Immunantworten, Hormonregulation und Zellkommunikation. Ihre Fähigkeit, spezifisch mit Zielmolekülen zu interagieren, macht sie zu unschätzbaren Werkzeugen für wissenschaftliche Studien, die Arzneimittelentwicklung und das Krankheitsmanagement. Mit fortschreitender Forschung finden Peptide zunehmend Anwendung in Bereichen wie der Krebstherapie, der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen und der regenerativen Medizin. Ihre Vielseitigkeit und nachgewiesene Wirksamkeit haben sie zu Schlüsselkomponenten der modernen biomedizinischen Forschung und innovativer therapeutischer Ansätze gemacht.

Was sind Beispiele für Peptide?

Synthetische Peptide werden seit über einem Jahrhundert intensiv erforscht. Das erste synthetische Peptid, Glycyl-Glycin, wurde 1901 von Emil Fischer in Zusammenarbeit mit Ernest Fourneau entdeckt.

Diese bahnbrechende Arbeit legte den Grundstein für das Gebiet der Peptidsynthese.

Was sind Peptide?

Peptide sind kurze Ketten aus Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind – das sind spezielle Bindungen zwischen dem Stickstoffatom einer Aminosäure und der Carboxylgruppe einer anderen. Wie Proteine gehören auch Peptide zu einer übergeordneten Kategorie, die als Polypeptide bezeichnet wird. Der Unterschied zwischen Peptiden und Proteinen liegt jedoch in ihrer Größe: Peptide enthalten typischerweise bis zu fünfzig Aminosäurereste, während Proteine aus längeren Ketten mit mehr als fünfzig Resten bestehen. Kleinere Peptide, sogenannte Oligopeptide, können bereits zwei bis zehn Aminosäurereste enthalten.

Peptide spielen im menschlichen Körper eine wichtige Rolle. So reguliert beispielsweise Insulin den Stoffwechsel[6], während Dynorphin Schmerzsignale vermittelt[7]. Sie spielen zudem eine entscheidende Rolle bei der endokrinen Signalübertragung und können als Wachstumsfaktoren wirken. Neben ihrer Bedeutung für die menschliche Physiologie können Peptide, die von anderen Organismen produziert werden, auch therapeutische Anwendungen finden. So produzieren Pilze beispielsweise Cyclosporin A, ein Immunsuppressivum, und die Kegelschnecke scheidet Ziconotid aus, das zur Behandlung chronischer Schmerzen eingesetzt wird.

Peptide unterscheiden sich von Proteinen durch die Anzahl der darin enthaltenen Aminosäurereste. Moleküle mit zehn oder weniger Aminosäureresten werden als Oligopeptide bezeichnet. Peptide enthalten in der Regel bis zu fünfzig Aminosäurereste, während Proteine aus mehr als fünfzig Aminosäureresten bestehen.

Warum sind sie wichtig?

Die moderne medizinische und biochemische Forschung stützt sich aufgrund der Selektivität, Spezifität und der starken Wechselwirkungen mit Zielproteinen in hohem Maße auf den Einsatz von Peptiden. Die relativ geringe Größe und die große Oberfläche von Peptiden ermöglichen ein präziseres Andocken an Zielmoleküle, was ihre Wirksamkeit erhöht. Das Interesse der Forscher an der Entwicklung von Peptidliganden und -sonden zur Untersuchung der Strukturen und Funktionen von Zielrezeptoren hat in den letzten Jahren dramatisch zugenommen.

Peptide haben sich als vielversprechende Kandidaten für therapeutische Anwendungen herausgestellt. Sie lassen sich so gestalten, dass sie hochselektiv wirken, wodurch das Risiko von Nebenwirkungen verringert wird. Zudem werden Peptide durch Proteasen schnell abgebaut, was zu einer kürzeren Wirkdauer im Körper führt. Ihre Wirksamkeit lässt sich jedoch durch verschiedene Modifikationen verlängern, beispielsweise durch den Einbau nicht-natürlicher und D-Aminosäuren, durch Zyklisierung sowie durch Veränderungen am N- oder C-Terminus.

Therapeutische Peptide bieten zudem Vorteile gegenüber ihren proteinhaltigen Pendants. Biologische Therapeutika, bei denen es sich in der Regel um Proteine handelt, haben in den letzten Jahren einen größeren Anteil am Pharmamarkt gewonnen. Biologika sind zwar oft sicher und wirksam, ihre Herstellung erfordert jedoch Bioreaktoren, in denen ganze Zellen verwendet werden, was die Aufreinigung und Strukturanalyse komplex und kostspielig macht. Darüber hinaus müssen Biologika in der Regel injiziert werden. Im Gegensatz dazu lassen sich Peptide oft chemisch synthetisieren, was ihre Aufreinigung und Analyse vereinfacht. Zudem gibt es immer mehr Beispiele für oral wirksame Peptide, was ihre Attraktivität für die Arzneimittelentwicklung erhöht.

Endogene Peptide werden sowohl in der Forschung als auch bei medizinischen Eingriffen eingesetzt. Sie können zu diagnostischen Zwecken überwacht werden, wie beispielsweise das C-Peptid, das zur Beurteilung der Insulinproduktion und zur Ermittlung der Ursachen für einen niedrigen Blutzuckerspiegel (Hypoglykämie) herangezogen wird.

Die Entwicklung von Peptidtherapeutika hat im Laufe der Jahre erhebliche Fortschritte gemacht[8]. Insulin war das erste therapeutische Protein, das in den 1920er Jahren zur Behandlung von insulinabhängigem Diabetes eingeführt wurde. Ursprünglich aus Rinder- oder Schweinebauchspeicheldrüsen isoliert, wird menschliches Insulin heute mithilfe gentechnisch veränderter E. coli hergestellt. Derzeit sind 60 von der FDA zugelassene Peptidmedikamente auf dem Markt, und die Pharmaunternehmen sind zunehmend daran interessiert, diese Zahl zu erhöhen. Etwa 140 Peptidmedikamente befinden sich in klinischen Studien, und über 500 sind in der präklinischen Entwicklung.

Literaturverzeichnis

  1. 1. Gomes, L. R., Vessoni, A. T. und Menck, C. F. (2017). Peptide und Proteine in der Zellsignalisierung. DOI: 10.1002/jcb.26302
  2. 2. Zhao, X., & Zhang, W. (2019). Therapeutische Peptide bei der Regulierung der Zellsignalübertragung. DOI: 10.1016/j.peptides.2018.11.002
  3. 3. Burbelo, P. D., & O’Hurley, P. (2017). Peptidhormone und Wachstumsfaktoren in der Zellkommunikation. DOI: 10.1007/s00441-017-2720-4
  4. 4. Fischer, E., & Fourneau, E. (1901). Über die Synthese der Peptide. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 34(1), 153–162. DOI: 10.1002/cber.19010340123
  5. 5. du Vigneaud, V. (1953). Die Synthese von Oxytocin. Journal of the American Chemical Society, 75(18), 4704–4705. DOI: 10.1021/ja01103a507
  6. 6. Rother, K. I. (2007). Gefahren der Entkopplung: Insulin und Glukosehomöostase. New England Journal of Medicine, 356(19), 2009–2022. DOI: 10.1056/NEJMra065237
  7. 7. Z. R. et al. (2010). Dynorphin: Ein potenzielles Zielmolekül für die Schmerztherapie. Schmerz, 149(1), 120–132. DOI: 10.1016/j.pain.2010.01.027
  8. 8. Verma, A., & Gupta, K. (2018). Fortschritte in der Peptidtherapie: ein umfassender Überblick. DOI: 10.1016/j.bmc.2018.09.002