Linker

Linker oder Spacer sind kurze Aminosäuresequenzen, die die Natur geschaffen hat, um mehrere Domänen in einem einzigen Protein zu trennen. Natürliche Linker fungieren somit als eine Art Abstandshalter zwischen den Domänen von Multidomänenproteinen und dienen dazu, unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Domänen zu verhindern.Die Länge der Linker variiert zwischen 2 und 31 Aminosäuren. Linker sind für jede Bedingung so optimiert, dass sie keine Einschränkungen für die Konformation oder die Interaktionen der verbundenen Partner mit sich bringen.

Starre Linker: Die meisten Linker sind starre Abstandshalter. Die Mehrheit der Interdomain-Linker-Sets besteht aus Pro-, Arg-, Phe, Thr-, Glu- und Gln-Resten. Prolin ist vielen natürlich vorkommenden Interdomain-Linkern gemeinsam. Strukturstudien deuten darauf hin, dass prolinreiche Sequenzen relativ starre, ausgedehnte Strukturen bilden, um ungünstige Wechselwirkungen zwischen den Domänen zu verhindern. Eine unabhängige Analyse zeigte, dass Thr, Ser, Gly und Ala ebenfalls bevorzugte Reste in natürlichen Linkern sind.

Flexible Linker: Gly-reiche Linker hingegen sind nicht starr sondern flexibel. Gly-reiche Linker haben sich für instabile Wechselwirkungen als nützlich erwiesen, insbesondere wenn die Wechselwirkung schwach und vorübergehend ist. Die Linker stellen eine kovalente Verbindung zwischen den Proteinen her. Dadurch wird erreicht, dass ein stabiler Protein-Protein-Komplex gebildet wird. Gly-reiche Linker werden auch eingesetzt, um stabile kovalent verbundene Dimere zu bilden und zwei unabhängige Domänen zu verbinden, die eine Ligandenbindungsstelle oder Erkennungssequenz bilden. Außerdem wurden flexible Gly-reiche Regionen als natürliche Linker in Proteinen beobachtet, die Schleifen erzeugen, die Domänen in Multidomänen-Proteinen verbinden.

Mit dem Aufkommen der rekombinanten DNA-Technologie wurde es möglich, zwei interagierende Partner durch die Einführung künstlicher Linker miteinander zu verbinden. Durch die Verknüpfung von Bindungspartnern mit einem künstlichen Linker wird die Nähe zwischen den interagierenden Partnern vergrößert und die natürliche Interaktion erhalten.

Inzwischen wurde bekannt, dass natürlich vorkommende Gly-reiche Linker neben der Verknüpfung von Domänen auch eine funktionelle Rolle im Protein haben. So besteht der Transkriptionsfaktor PAX6 besteht aus zwei DNA-bindenden Domänen, einer gepaarten Domäne (PD) und einer Homöodomäne (HD), die durch einen Gly-reichen Linker verbunden sind. Die Kristallstrukturanalyse des menschlichen PAX6-PD-DNA-Komplexes ergab, dass der verlängerte Linker Kontakte mit der DNA in der Nebenrille herstellt.

In den Transmembranglykoproteinen (TMs) von Retroviren spielen die Linker ebenfalls eine wichtige Rolle, da sie die Membranfusion durch ein N-terminales Fusionspeptid vermitteln. Das Fusionspeptid ist über Gly-reiche Linker mit dem zentralen Coiled-Coil-Kern verbunden. Länge und Aminosäurenzusammensetzung der Linker sind in vielen Retroviren und in HA2 von Influenzaviren konserviert.

1. Reddy Chichili VP et al. (2013) Linkers in the structural biology of protein-protein interactions. Protein Sci 22:153-167.