Two Dimensional Screening : Towards Establishing a Novel Technique to Study Biomolecular Interactions

Hultschig, Claus

In allen bisher etablierten kombinatorischen Ansätzen wird ein (Makro-) Molekül verwendet, um den besten Bindungspartner aus einer Bibliothek von potentiellen Bindungspartnern auszuwählen. Mit diesen Ansätzen wird nur ein begrenzter Teil des Struktur-Aktivitätsraumes erkundet. Durch die Kombination einer Bibliothek von Akzeptoren mit einer Bibliothek von Liganden wird ein wesentlich größerer Teil des Struktur-Aktivitätsraumes beschrieben. So kann ein besserer Einblick in die untersuchte Wechselwirkung gewonnen werden. Diese Dissertation zielt ab auf die methodische Etablierung der Kombination einer Peptidbibliothek mit einer Proteinbibliothek. Es wurde eine Bibliothek synthetischer, an Cellulose gekoppelter Peptide mit einer auf Bakteriophagen präsentierten Proteinbibliothek kombiniert. Calmodulin (CaM) wurde als Modell-Protein ausgewählt. Bindungstests, die zur Charakterisierung der Liganden-Bibliothek durchgeführt wurden, ergaben bemerkenswert kurze CaM bindende Peptide. Des weiteren konnte biologisch aktives Calmodulin auf der Oberfläche von Phagen präsentiert werden. Mittels der 'Error-Prone-PCR” wurde eine hoch mutierte CaM-Bibliothek erzeugt. Bei Affinitätsanreicherungsversuchen mit dieser Bibliothek präsentiert auf Bakteriophagen an Peptid-Bibliotheken wurden neue Varianten von CaM angereichert. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, daß zwei Bibliotheken miteinander kombiniert werden können und daß ein 'Zweidimensionales Screening' mit dem gewählten Ansatz nicht nur möglich ist, sondern auch zu neuen Ergebnissen führt, die mit anderen Ansätzen nur schwerlich zu erreichen sind.

In all combinatorial approaches used so far one (macro-) molecule of a given structure is used to select the best binding partner from a library of potential ligands or acceptors. Therefore, only a certain, limited, part of the structure activity space is evaluated. By combining a library of molecules derived from one particular acceptor structure with a library of potential ligands, a significantly larger part of the structure activity space of this particular pair of molecules is accessed. The insight gained in the interaction of interest in this way is expected to be more detailed. This thesis aimed at establishing practical ways to combine a library of peptide ligands and a library of protein acceptors in the context of one particular model system. A library of cellulose bound peptides and a library of bacteriophage displayed variants of one protein were combined. Calmodulin (CaM) was chosen as a model protein. In binding tests aiming at the design of a peptide ligand library remarkable short CaM binding peptides were found. Furthermore, it was possible to present biological active CaM on the surface of M13-bacteriophage. A highly mutated CaM-library was created using the error prone PCR and displayed on the surface of bacteriophage. Using this CaM-library in affinity enrichment experiments with peptides and peptide libraries new variants of CaM were enriched. The results presented in this thesis show that two libraries can be combined. Furthermore it was demonstrated that Two Dimensional Screening is with the chosen approach not only feasible but resulted in novel results, which would be difficult to reach with a different approach.

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Hultschig, Claus: Two Dimensional Screening : Towards Establishing a Novel Technique to Study Biomolecular Interactions. 1999.

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