Das Transmembranprotein Claudin-18.2 steht aufgrund seines hohen therapeutischen Potenzials schon seit Längerem im Fokus der Krebsforschung – insbesondere bei Magen-, Pankreas- und Ösophaguskarzinomen, bei denen es häufig überexprimiert ist [1]. Die Untersuchung dieses komplexen Proteins außerhalb von Zellsystemen war jedoch lange Zeit kaum möglich, da seine Expression technisch äußerst anspruchsvoll ist: Claudin-18.2 verfügt über vier Transmembran-Domänen, die typische Herausforderungen bei der Proteinproduktion mit sich bringen. Zu den zentralen Problemen herkömmlicher Methoden zählen insbesondere Hydrophobie und Aggregation. Transmembranproteine besitzen ausgedehnte hydrophobe Bereiche, die die Zellmembran durchspannen – was häufig zu Fehlfaltungen und unlöslichen Einschlusskörpern anstelle funktioneller Proteine führt. Für eine korrekte Faltung ist in der Regel die Integration in eine Lipiddoppelschicht erforderlich – ein Schritt, den viele Standard-Expressionssysteme nicht adäquat unterstützen. Die Folge: Rekombinante Transmembranproteine sind oft fehlgefaltet, werden schnell abgebaut und sind nur in geringen Ausbeuten verfügbar. Zusätzlich gestaltet sich die Solubilisierung ohne Strukturverlust schwierig, da hierfür meist Detergenzien eingesetzt werden müssen – diese können das Protein jedoch denaturieren oder nachfolgende Assays stören [2].
Klingt nach einer ganzen Reihe technischer Hürden – doch unser Partner KACTUS hat sich dieser Herausforderung erfolgreich gestellt: Als erstes Unternehmen weltweit gelang KACTUS die Expression des vollständigen, nativen Claudin-18.2 in Säugetierzellen – ein echter Meilenstein in der Membranproteinforschung! Der Schlüssel zu diesem Erfolg: der Einsatz sogenannter VLPs (virus-like particles) – virusähnlicher Partikel, die sich selbstständig zu hochstrukturierten, nicht infektiösen Einheiten zusammenbauen. Sie bestehen ausschließlich aus viralen Strukturproteinen, enthalten jedoch kein virales Erbgut [3]. Diese Partikel bieten eine ideale Umgebung für die korrekte Zusammensetzung, Faltung und funktionelle Präsentation von Transmembranproteinen. Dadurch bleiben diese in ihrer natürlichen Konformation erhalten und lassen sich gleichzeitig in hoher Konzentration exprimieren. Das macht VLPs zu einem leistungsstarken Werkzeug – ideal für Hochdurchsatz-Screenings in der Wirkstoffforschung, Immunisierungsstudien und das Screening therapeutischer Antikörper [2].
1) Was macht VLPs so besonders?
2) Herstellung der Virus-Imitatoren
3) Meilenstein in der Forschung: Vielseitige Anwendungen von VLPs
Im Vergleich zu herkömmlichen Expressionssystemen bieten VLPs eine ganze Reihe entscheidender Vorteile bei der Arbeit mit Transmembranproteinen:
Je nach gewünschten Eigenschaften können VLPs in verschiedenen Expressionssystemen hergestellt werden – von E. coli bis hin zu Säugerzellen (Abb. 1). Dies ermöglicht sowohl Flexibilität als auch Skalierbarkeit. Oftmals wird die Nutzung von Säugerzellen (z.B. HEK293-Zellen) als Produktionssystem bevorzugt, weil in diesen Zellen essenzielle posttranslationale Modifikationen – insbesondere Glykosylierungen – korrekt erfolgen und so die Funktionalität sowie Immunogenität der Proteine sichergestellt wird [4]. Darüber hinaus lassen sich VLPs zielgerichtet funktionalisieren, etwa durch die Integration von T-Zell-Rezeptorliganden, Enzymen oder Polysacchariden – ein Beweis für die hohe Vielseitigkeit dieser Plattform. Die Qualität des Produktionsprozesses ist dabei entscheidend: Er erfordert eine sorgfältige Optimierung von Reinigungs- und Aufreinigungsschritten, um stabile, funktionsfähige VLPs zu gewinnen, die frei von Zelltrümmern und Verunreinigungen sind [2].
Abbildung 1: Expressionsmechanismus VLP-präsentierter Proteine. Durch die Verwendung von Säugerzellen bei der VLP-Herstellung kann das Zielprotein seine komplexe, dreidimensionale Struktur innerhalb des Partikels beibehalten. Die resultierenden VLPs lassen sich anschließend aufreinigen und für verschiedene Anwendungen in Forschung und Entwicklung nutzen [2].
Dank ihrer zahlreichen Vorteile gegenüber klassischen Expressionssystemen werden VLPs längst in verschiedensten Forschungs- und Anwendungsfeldern eingesetzt – etwa als Trägersysteme für Arzneistoffe, in der Impfstoffentwicklung, beim Genom-Editing oder für bildgebende Verfahren. Ein zentraler Vorteil: Die in VLPs präsentierten Proteine sind besonders immunogen. Die Partikel bieten eine hohe Dichte an Epitopen auf ihrer Oberfläche und können aus mehreren Proteinen bestehen, die gezielt Immunantworten auslösen. Zudem besitzen VLPs – je nach viraler Strukturvorlage – meist eine Partikelgröße von 20 bis 200 nm. Das begünstigt ihre schnelle Aufnahme in Lymphknoten und die effiziente Verarbeitung durch antigenpräsentierende Zellen (APCs) [2]. Optimale Voraussetzungen für die Impfstoffentwicklung – und tatsächlich wurden VLPs bereits erfolgreich in mehreren Vakzinen eingesetzt, unter anderem in der bekannten HPV-Impfung gegen humane Papillomaviren [5]. Das Interesse an VLPs als Impfstoffplattform wächst stetig – und sie gelten heute als vielversprechende Grundlage für zukünftige Fortschritte in der Immuntherapie und Präzisionsmedizin.
Alle VLP-Produkte von BPS Bioscience
[1] https://flexikon.doccheck.com/de/Claudin-18, 14.07.2025
[2] https://bpsbioscience.com/vlp-virus-like-particles-for-optimal-presentation-of-transmembrane-proteins, 14.07.2025
[3] https://kactusbio.com/pages/virus-like-particles-and-nanodisc-membrane-proteins?srsltid=AfmBOor8aeZfzgqbrPCsd5dJvCLwPpR4kSVd76rTS_UqmVu0q29O5Isv, 14.07.2025
[4] https://bpsbioscience.com/virus-like-particles-for-native-display-of-transmembrane-proteins, 14.07.2025
[5] Schiller J, Lowy D. Explanations for the high potency of HPV prophylactic vaccines. Vaccine. 2018 Aug 6;36(32 Pt A):4768-4773.
Preview-Bild: https://kactusbio.com/pages/virus-like-particles-and-nanodisc-membrane-proteins?srsltid=AfmBOophXh4lJTUc-RT81CfCtu3OM9zrNl-THLlDcRNZywRJrDyjNhyE, 23.07.2025