Kryo‐Elektronenmikroskopie als Methode für die strukturbasierte Wirkstoffentwicklung

Über Jahrzehnte hinweg waren die Röntgenkristallographie und NMR‐Spektroskopie die wichtigsten Techniken, um atomare Strukturen von Makromolekülen zu erforschen. Aufgrund ihrer Größe, Instabilität, niedrigen Ausbeuten und anderen Faktoren sind jedoch viele Makromoleküle schwer zu kristallisieren oder nicht geeignet für NMR‐Studien. Die Kryo‐Elektronenmikroskopie (Kryo‐EM) benötigt keine Kristalle und ist deshalb oft die Methode der Wahl für makromolekulare Komplexe, die nicht kristallisiert werden können. Die Methode litt aber bisher unter der Einschränkung, dass selten atomare Auflösung erreicht wurde. Eine neue Generation von Detektoren, die in der Lage sind, einfallende Elektronen direkt zu messen, hat aber das Gebiet in den vergangenen drei Jahren revolutioniert. Mit dieser Technik gelingt es nun routinemäßig, die Strukturen von Makromolekülen mit nahezu atomarer Auflösung zu bestimmen. In diesem Aufsatz stellen wir einige der jüngsten Beispiele für hochaufgelöste Kryo‐EM‐Strukturen vor. Wir legen den Schwerpunkt auf Proteine mit pharmakologischer Relevanz, deren Strukturen mittels klassischer Kristallographie bisher nicht lösbar waren. Des Weiteren diskutieren wir Beispiele, in denen die Wechselwirkungen von Proteinen mit kleinen Molekülen bei atomarer Auflösung charakterisiert wurden. Abschließend erörtern wir die derzeitigen Grenzen der Kryo‐EM sowie wichtige Aspekte bezüglich ihrer Anwendung als Routine‐Methode für die Wirkstoffentwicklung.