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Protein complex formation depends on the interplay between preorganization and flexibility of the binding epitopes involved. The design of epitope mimetics typically focuses on stabilizing a particular bioactive conformation, often without considering conformational dynamics, which limits the potential of peptidomimetics against challenging targets such as transcription factors. We developed a peptide‐derived inhibitor of the NF‐Y transcription factor by first constraining the conformation of an epitope through hydrocarbon stapling and then fine‐tuning its flexibility. In the initial set of constrained peptides, a single non‐interacting α‐methyl group was observed to have a detrimental effect on complex stability. Biophysical characterization revealed how this methyl group affects the conformation of the peptide in its bound state. Adaption of the methylation pattern resulted in a peptide that inhibits transcription factor assembly and subsequent recruitment to the target DNA., Set Me free: A peptide‐derived inhibitor of the NF‐Y transcription factor was developed by constraining the conformation of an epitope through hydrocarbon stapling and then fine‐tuning its flexibility. In the initial set of constrained peptides, a non‐interacting α‐methyl group was observed to have a detrimental effect on complex stability. Adaption of the methylation pattern gave a peptide that inhibits transcription factor assembly and subsequent DNA binding.

Increased tolerance of enzymes towards thermal and chemical stress is required for many applications and can be achieved by macrocyclization of the enzyme resulting in the stabilizing of its tertiary structure. Thus far, macrocyclization approaches utilize a very limited structural diversity, which complicates the design process. Herein, we report an approach that enables cyclization through the installation of modular crosslinks into native proteins composed entirely of proteinogenic amino acids. Our stabilization procedure involves the introduction of three surface‐exposed cysteine residues, which are reacted with a triselectrophile, resulting in the in situ cyclization of the protein (INCYPRO). A bicyclic version of sortase A was designed that exhibits increased tolerance towards thermal as well as chemical denaturation, and proved to be efficient in protein labeling under denaturing conditions. In addition, we applied INCYPRO to the KIX domain, resulting in up to 24 °C increased thermal stability.

Unsere sich stetig erweiternden Kenntnisse uber biologische Systeme haben eine Vielzahl an hoch interessanten neuen biologischen Zielstrukturen aufgedeckt, deren Modulation moglicherweise neuartige Therapiemoglichkeiten fur viele Krankheiten erschliest. Diese Angriffspunkte umfassen insbesondere Protein-Protein- und Protein-Nukleinsaure-Wechselwirkungen, die jedoch durch klassische niedermolekulare Substanzen oftmals nicht adressierbar sind. Andere Substanzklassen oder Modalitaten werden daher benotigt, um diese Ziele anzuvisieren. Einige akademische Forschungsgruppen und pharmazeutische Unternehmen greifen daher zunehmend das Konzept der so genannten “neuen Modalitaten” auf. Dieser Aufsatz definiert erstmals diesen Begriff, der neuartige Peptidgeruststrukturen, Oligonukleotide, Hybride, molekulare Konjugate sowie auf neuartige Weise eingesetzte, klassische niedermolekulare Verbindungen berucksichtigt. Wir stellen die reprasentativsten Beispiele dieser Modalitaten vor, die auf grose Bindungsoberflachen, wie sie in Protein-Protein-Wechselwirkungen vorkommen, sowie auf zentrale biologische Zellregulationsvorgange abzielen.

Protein Engineering. In their Communication on page 11164 ff., T. N. Grossmann et al. report on the generation of a bicyclic enzyme with a triselectrophilic linker, which leads to strongly increased stability towards thermal denaturation.

Kleine GTPasen bilden eine Familie von GDP-/GTP-bindenden Proteinen, die als biomolekulare Schalter innerhalb von Zellen wirken. Fehlfunktionen oder Fehlregulierungen kleiner GTPasen stehen in Verbindung mit zahlreichen menschlichen Erkrankungen, was diese Proteine zu einem vielversprechenden Ziel der pharmazeutischen Forschung macht. Allerdings werden kleine GTPasen oftmals als pharmakologisch nicht adressierbar klassifiziert, da jahrzehntelange Bemuhungen keinerlei klinisch relevante Verbindungen liefern konnten, die die Aktivitat kleiner GTPasen direkt modulieren. Die Entdeckung neuer, transienter Bindetaschen an den Proteinoberflachen und die Anwendung neuartiger Techniken haben dem Feld jedoch kurzlich neuen Schwung verliehen. Neben Ras-Proteinen rucken zudem vermehrt andere kleine GTPasen in den Fokus der Forschung. Dieser Artikel bietet einen Uberblick uber die relevanten Aspekte der Superfamilie kleiner GTPasen und fasst die jungsten Fortschritte und Perspektiven fur die direkte Modulierung dieser herausfordernden Proteinklasse zusammen.

PTEN ist eine dualspezifische Protein-Tyrosin-Phosphatase. Sie ist einer der zentralen Tumorsuppressoren, weshalb eine genaue Regulierung ihrer Aktivitat essenziell fur die richtige zellulare Homoostase ist. Die genauen Auswirkungen der Inhibition von PTEN durch reaktive Sauerstoffspezies (z. B. H2O2) und deren strukturelle Folgen sind bisher wenig verstanden. Wichtige Instrumente fur das Studium der Wirkung von PTEN-Inhibition sind Bisperoxidovanadium(bpV)-Komplexe, mit dem Potenzial fur die Behandlung von Nervenverletzungen oder kardialer Ischamie. Allerdings ist ihr Wirkmechanismus unbekannt, was weitere Optimierungen und therapeutische Anwendungen erschwert. Mithilfe der Proteinkristallographie, Massenspektrometrie und NMR-Spektroskopie untersuchen wir hier die molekularen Grundlagen der PTEN-Inhibition durch H2O2 und bpV-Komplexe. Dabei zeigen wir, dass PTEN in beiden Fallen oxidativ inhibiert wird und sich die gleiche intramolekulare Disulfidbrucke bildet. Dies ermoglicht die Reaktivierung von PTEN unter reduzierenden Bedingungen.

Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) spielen auf allen Ebenen der Zellorganisation eine wichtige Rolle, was die Entwicklung von PPI-Inhibitoren auserst interessant macht. Die Herstellung von selektiven Inhibitoren ist wegen der relativ flachen und ausgedehnten Protein-Protein-Interaktionsflachen oftmals sehr aufwendig. Derartige Inhibitoren konnen beispielsweise durch das Nachahmen von Peptidliganden in deren bioaktiver Konformation generiert werden. Fur die Entwicklung so genannter Peptidmimetika steht eine Reihe von Ansatzen zur Verfugung, die eine Ausrichtung der Seitenkettenfunktionalitaten in Analogie zu einer bestimmten Peptidsekundarstruktur ermoglichen. In diesem Aufsatz fuhren wir eine neue Klassifizierung von Peptidmimetika (Klasse A–D) ein, die eine klare Zuordnung der bestehenden Strategien erlaubt. Basierend auf dieser Klassifizierung werden Strategien erortert, die bereits fur ein strukturbasiertes Design von PPI-Inhibitoren durch Stabilisierung oder Nachahmung von Kehren, β-Faltblattstrukturen und Helices angewendet wurden.

Molekulare Template binden spezifisch Reaktanten und erhohen somit deren effektive Konzentration, was zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen fuhren kann. Dieses Konzept wurde bereits erfolgreich auf einige Fragestellungen vor allem aus dem Bereich der Nukleinsaure-vermittelten Chemie angewendet. Wir prasentieren die erste Protein-vermittelte Reaktion, welche die N-terminale Verknupfung zweier Peptide ermoglicht. In Anwesenheit des Proteintemplats wurde die Verknupfungsreaktion um mehr als drei Grosenordnungen beschleunigt. Die Templat-vermittelten Reaktionen verlaufen hochselektiv und wurden erfolgreich fur die kovalente Markierung eines Zielproteins direkt im Zelllysat verwendet.

The use of peptide nucleic acids (PNAs) is steadily increasing in biochemistry and diagnostics. So far, PNAs have mostly been investigated using cationic conditions in mass spectrometry. Furthermore, the use of fragmentation techniques developed for peptides and proteins like infrared multiphoton dissociation (IRMPD) and electron capture dissociation (ECD) has barely been examined. However, especially the fragmentation behavior of PNA oligomers in negative ion mode is of high importance, due to the ability to interact with nucleic acids which are almost exclusively analyzed in the negatively charged state. In the current study PNA fragmentations under cationic and anionic conditions were investigated and different fragmentation techniques like collision-induced dissociation (CID), IRMPD and ECD were applied. Especially when using CID and IRMPD, amide bonds were broken, whereas ECD resulted in the elimination of nucleobases. Differences were also observed between positive and negative ionization, while the sequence coverage for the negative ions was superior to positive ions. The fragmentation behavior using IRMPD led to almost complete sequence coverage. Additionally, in anions the interesting effect of multiple eliminations of HNCO was found.

Protein–protein interactions (PPIs) are involved at all levels of cellular organization, thus making the development of PPI inhibitors extremely valuable. The identification of selective inhibitors is challenging because of the shallow and extended nature of PPI interfaces. Inhibitors can be obtained by mimicking peptide binding epitopes in their bioactive conformation. For this purpose, several strategies have been evolved to enable a projection of side chain functionalities in analogy to peptide secondary structures, thereby yielding molecules that are generally referred to as peptidomimetics. Herein, we introduce a new classification of peptidomimetics (classes A–D) that enables a clear assignment of available approaches. Based on this classification, the Review summarizes strategies that have been applied for the structure-based design of PPI inhibitors through stabilizing or mimicking turns, β-sheets, and helices.