Protease
Eine Protease (oder Peptidase) ist ein Enzym, das die Hydrolyse von Peptidbindungen zwischen zwei Aminosäuren katalysiert. Diese Enzyme spielen eine zentrale Rolle bei der Verdauung, der Regulation von Signalwegen, der Apoptose, dem Gewebeumbau und dem Umsatz bioaktiver Peptide — allesamt entscheidende Aspekte für das Verständnis der Pharmakokinetik und der metabolischen Stabilität von Forschungspeptiden.
Die MEROPS-Klassifikation unterscheidet anhand des katalytischen Rests sieben Hauptklassen: Serinproteasen (Trypsin, Chymotrypsin, Elastase, Thrombin), Cysteinproteasen (Papain, Caspasen, Cathepsine B/L), Aspartylproteasen (Pepsin, Renin, BACE-1), Metalloproteasen (MMPs, ACE, Neprilysin, nach manchen Auffassungen DPP-4), Threoninproteasen (Proteasom), Glutamat- und Asparaginproteasen.
Zwei funktionelle Unterkategorien vervollständigen das Bild: Endopeptidasen spalten innerhalb der Kette, Exopeptidasen entfernen Reste an den Enden (Aminopeptidasen am N-Terminus, Carboxypeptidasen am C-Terminus).
Für die Forschungspeptide des Katalogs ist die am meisten gefürchtete Protease DPP-4 (Dipeptidylpeptidase 4): Sie spaltet N-terminale Dipeptide von vielen regulatorischen Peptiden ab (natives GLP-1 wird innerhalb von 2 Minuten gespalten, GIP, Substanz P, NPY). DPP-4-resistente Analoga (Semaglutid, Liraglutid, Tirzepatid, Retatrutid) wurden durch Aminosäuresubstitution oder chemische Modifikationen so konstruiert, dass diese Spaltung blockiert wird. Neprilysin (neutrale Endopeptidase) baut zudem natriuretische Peptide, Enkephaline und Amylin ab. MMPs bauen extrazelluläre Matrizes um.
Zu verstehen, welche Protease welches Peptid angreift, ermöglicht die Wahl des richtigen Inhibitors, die Modellierung der In-vitro-Halbwertszeit, die Interpretation von Ergebnissen aus Serumsinkubationen und die Abschätzung der zu erwartenden metabolischen Stabilität. Dies ist eine Voraussetzung für jedes rigorose Peptidforschungsprotokoll, ob mit nativen oder modifizierten Analoga.
Proteasen (oder Peptidasen) sind die größte katalogisierte Enzymfamilie: Die MEROPS-Datenbank verzeichnet über 3500 Einträge, die nach Mechanismus in 9 katalytische Typen eingeteilt sind (Serin S, Cystein C, Aspartyl A, Glutamyl G, Threonin T, Metalloprotease M, Asparagin N, gemischt P, unbekannt U). Ihre biologischen Rollen sind universell: Verdauung (Pepsin, Trypsin, Chymotrypsin), Gerinnung (Thrombin, Faktoren Xa/IXa), hormonelle Aktivierung (Renin, Angiotensin-konvertierendes Enzym ACE), Apoptose (Caspasen), zelluläre Signalübertragung (Proprotein-Konvertase PC1/PC3), proteasomaler Abbau (26S-Komplex), Matrixumbau (MMPs).
In der Peptidforschung stehen zwei Aspekte im Vordergrund: die Anfälligkeit des Forschungspeptids gegenüber physiologischen Proteasen (die die In-vivo-Halbwertszeit bestimmt) und die Stabilisierungsstrategien (Substitution durch D-Aminosäuren, Aib, α-Methylierung, modifizierte Amidbindung, N-Methylierung, Zyklisierung, C20-Acylierung, Albuminbindung). DPP-4 (Dipeptidylpeptidase 4) ist die am besten dokumentierte Serumprotease der Peptidpharmakologie: Sie spaltet N-terminale Xaa-Pro- und Xaa-Ala-Dipeptide ab und baut natives GLP-1, GIP und GHRH rasch ab. Moderne Forschungspeptide (Tirzepatid, Semaglutid, CJC-1295) tragen an Position 2 Aib- oder D-Ala-Substitutionen, um diesen Abbau zu blockieren.