Die Röntgenkristallographie gibt Einblicke in die 3D-Struktur und damit in die Funktion von Proteinen, die an der Krebsentstehung beteiligt sind. Forscher*innen nutzen dieses Wissen, um Medikamente zu entwickeln, die die Wirkung bestimmter Proteine unterbinden. Ein Krebs-Medikament wie Imatinib hemmt so ein Protein, das in der Zelle Prozesse auslöst, die an der Entstehung von Blutkrebs, bestimmten Hautkrebsarten und einigen Arten von Magen- oder Darmtumoren beteiligt sind.

EMBL-EBIs Proteindatenbank (PDB) enthält rund 200.000 Strukturen großer biologischer Moleküle wie DNA, RNA und Proteine. Die Mehrheit davon wurde mit Hilfe der Röntgenkristallographie bestimmt. Die PDB-Daten wurden verwendet, um KI-Methoden wie AlphaFold zu trainieren, die nun in der Lage sind, Proteinstrukturen schnell und genau aus ihrer Aminosäuresequenz vorherzusagen. Damit erhalten Wissenschaftler*innen einen umfassenden Überblick über das Proteinuniversum in 3D und eine Vorhersage für fast jedes Protein, das jemals katalogisiert wurde. KI-Methoden können jedoch weder die Bindung eines Proteins an seine Liganden vorhersagen, noch strukturelle Veränderungen, die bei Protein-Protein-Wechselwirkungen auftreten, noch die komplexe Bildung molekularer Maschinen, die aus mehreren Proteinen bestehen. Hier helfen weiterhin experimentelle Ansätze.

Die Röntgenkristallographie erlaubt es, in die evolutionäre Vergangenheit zurückblicken. Während der evolutionären Entwicklung verändert sich die DNA von Lebewesen, was zu Änderungen in der Struktur und Funktion der daraus resultierenden Proteine führen kann. Durch den Vergleich von Proteinen in vielen Arten verstehen Forschende, welche Proteinstrukturen in verschiedenen Lebewesen ähnliche Aufgaben erfüllen. Sie können erkennen, wie Veränderungen in der Proteinstruktur zu neuen Wechselwirkungen mit anderen Molekülen führen und wie bestimmte Proteine dadurch neue Funktionen entwickeln. Proteine, die heute für verschiedene Arten von Bedeutung sind, lassen sich über Milliarden von Jahren bis zu einem gemeinsamen Vorfahren allen Lebens auf der Erde zurückverfolgen.

X-ray Crystallography gives insights into the 3D-structure and therefore function of proteins involved in cancer. Researchers use this knowledge to design drugs to disrupt the action of proteins. For example drugs like imatinib treat some cancers by inhibiting a protein that kicks off processes in the cell that are involved in the development of blood cancers, certain skin cancers and some types of tumours of the stomach or intestine.

EMBL-EBI’s Protein Databank (PDB) holds around 200,000 structures of large biological molecules, such as DNA, RNA and proteins. The vast majority of these were determined using X-ray crystallography. PDB data was used to train AI-methods like AlphaFold which can now predict protein structures quickly and accurately from their amino acid sequence providing scientists with a comprehensive view of the protein universe in 3D and a prediction for almost every protein that has ever been catalogued. However, AI-methods can predict neither the binding of a protein to its ligands, nor structural changes that happen upon protein-protein interactions nor the complex formation of molecular machines that are made up of multiple proteins. Here, experimental approaches must be applied.

Scientists can look back into the evolutionary past by using X-ray crystallography to determine protein structures. As an organism evolves, its DNA changes resulting in changes to the sequence that might lead to changes in the structure and function of the resulting proteins. By comparing proteins in many species, scientists understand which protein structures fulfil similar roles across organisms. They can see how changes to protein structure might result in new points for interactions with other molecules and therefore how specific proteins may evolve new roles. Proteins important today across species can be traced back billions of years to a common ancestor to all life on Earth.