Second-Site Suppressor Mutationen in Proteinen

Bei der aktuellen Diskussion über die Mutationen im Spike-Protein, gibt es ein Thema, das bisher keiner auf dem Schirm zu haben scheint: Kompensatorische Mutationen an einer zweiten Stelle eines Proteins (Second-Site Suppressor Mutations).
Ich habe dieses Phänomen in meiner Doktorarbeit selbst beobachten dürften.

Ich hatte bei meinem Protein (Chloarmphenicol Acetyltransferase I) den N-Terminus abgeschnitten (10 Aminosäuren entfernt), so dass das Protein zwar noch produziert wurde, aber nicht mehr aktiv war. Mittels fehlerbehafteter PCR und DNA-Shuffling wurden Mutationen angereichert, die diesen fehlenden N-Terminus kompensierten. Diese Mutationen waren aber NICHT in der Nähe des Problems. Der abgeschnittene Teil ist in rosa eingefärbt.

Das gleiche Spiel habe ich mit dem C-Terminus gemacht und neun Aminosäuren abgeschnitten und das gleiche Ergebnis erhalten. Die Mutationen waren nicht erklärbar und an unerwarteten Stellen.

Die ausgleichenden Aminosäureaustausche waren also an einer Stelle im Protein, wo das Problem eigentlich nicht bestand. Man kann das auch Langstreckeneffekte nennen. Welchen Effekt diese Aminosäureaustausche haben, ob sie die Stabilität oder die Faltung verändern, ist bis heute nicht verstanden.

Entsprechende Daten gibt es auch für die beta-Lactamase TEM-1

Dieses Phänomen ist weder neu, noch selten, war aber eher ein Thema, das Mitte der 1990er Jahren bis in die frühen 2000er noch wissenschaftlich interessant war. Später hat man versucht, das am Computer zu modellieren. Im Großen und Ganzen ist das Feld aktuell leider ziemlich tot. Statt dass man entsprechende Experimente durchführt, wie ich damals, und dann versucht anhand eines Computermodells dieses experimentelle Ergebnis zu replizieren und zu verstehen, hat es nie eine Synthese zwischen Experiment und Modell gegeben. Hätte ich eine Professur, würde ich genau das an einfachen Modellproteinen (Antibiotikaresistenzen) erforschen in Kooperation mit Modellierern. Sagt voraus, wo die Mutationen hin müssen und wir schauen, was experimentell wirklich passiert. Danach modelliert ihr so lange, bis ihr es korrekt hin bekommt.

Nun mutiert das Spike-Protein massiv durch den immunologischen Druck, der durch die COVID-Injektionen aufgebaut wurde.

Wenn man die Omicron Mutationen nach “Gelbe Liste” per Swiss PDB Viewer in Untereinheit A von 6xra markiert, sah es bisher nicht allzu sehr nach second side Mutationen aus, sondern nach klassischer Immunflucht im Bereich der receptor binding side (RBD).

Nun stellt sich die Frage, was passiert, wenn second-side Mutationen hinzukommen sollten, weil die normale Immunflucht erschöpft ist. Ich denke second-side Mutationen sind einfacher für das Protein durchzuführen als Änderungen der Glykosylierung, wie postuliert.

DAS könnte interessant werden. Das Spike-Protein kann durchaus anfangen an ganz anderen Stellen als in der RBD zu mutieren, was unvorhersehbare Langstreckeneffekte auf die Struktur oder den Faltungsweg hätte. Da reicht schon eine einzige Mutation, dass es Proteinbiochemisch interessant werden könnte.

Bei meinem N-terminal verkürzten Protein führten diese Langstreckeneffekte zu einer höheren Thermostabilität im Vergleich zum wildtypischen Protein. RE_ ist jeweils die mutierte rückverlängerte Variante mit den second-side Mutationen. Im Falle von RE_Nd10_R7_K5 kam es nur zu einer höheren Thermostabilität von ca. 7°C mehr.

Beim C-terminal verkürzten Protein und dessen Rückverlängerung RE_Cd9_R3_#2 kam es hingegen nur zu Änderung des Faltungswegs. Das Protein war thermolabiler als der Wildtyp.

Höhere Thermostabilität verändert aber die Menge an Protein, die nach life on the Edge vorhanden sein kann, bevor ein Protein ausflockt, weil davon zu viel vorhanden ist.

“Korrelation zwischen den mRNA-Expressionsniveaus in vivo und den Proteinaggregationsraten in vitro für eine Reihe von 11 menschlichen Proteinen, die entweder mit einer Krankheit in Zusammenhang stehen (rot) oder nicht (blau) “

Das heißt, ein thermostabileres Spike-Protein könnte noch stärker zur Fehlfaltung und Aggregation neigen.

Genauer habe ich das hier ausgeführt.

Second Side Mutationen sind unberechenbar, was die Eigenschaften eines Proteins angeht.

Das könnte immunologisch spannend werden, wenn sich dadurch die Struktur des Spikes verzieht und das Protein dadurch neue Bindungseigenschaften oder alternative Faltungswege erwerben könnte. Dabei ist noch nicht einmal einkalkuliert, dass unterschiedliche Organe des Menschen zu unterschiedlichen Proteinen führen können, sollten solche Varianten durch modRNA in Menschen erzeugt werden.

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