Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteinfaltung und -aktivierung: Hinweise auf Entstehung von Krebs und Alzheimer

16.07.2001




  • Proteine bei der Arbeit beobachten
  • Hinweise auf Entstehung von Krebs und Alzheimer
  • RUB-Forscher sehen Proteinfaltung und -aktivierung

Mit der Fourier Transform Infrarot (FTIR) Differenzspektroskopie ist es der Arbeitsgruppe des Bochumer Biophysikers Prof. Dr. Klaus Gerwert (Fakultät für Biologie der RUB) gelungen, die Arbeit von Proteinen in Echtzeit und atomarer Auflösung zu beobachten. So konnten die Forscher z. B. den Vorgang ihrer Faltung dokumentieren. Eine fehlerhafte Proteinfaltung scheint Auslöser von so genannten Amyloiderkrankungen wie Alzheimer und der Creutzfeld-Jakob-Krankheit zu sein. Auch für die Entwicklung neuer Krebsmedikamente liefert die Methode vielversprechende Erkenntnisse. Sie macht die Aktivierung des Ras-Proteins sichtbar, das in mutierter Form krebserregend wirkt.

Kompletter Film von der Proteinarbeit

Nachdem das menschliche Genom entschlüsselt ist, rückt die Untersuchung der Struktur und der Funktion von Proteinen in den Fokus der Bio-Wissenschaftler. Die Auflösung der dreidimensionalen Raumstruktur von kristallisierten Proteinen ist dabei beinahe Routine für Röntgenstrukturanalytiker. Allerdings liefert die Röntgenstrukturanalyse nur Bilder eines einzelnen "eingefrorenen" Proteinzustands, aber keinen kompletten Film über die Arbeitsweise von Proteinen. Das Verständnis ihrer Arbeitsweise ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung für biotechnologische Anwendungen und rationale Medikamentenentwicklung.

Micromischzelle regt Proteine an

Der Bochumer Arbeitsgruppe ist jetzt ein entscheidender Durchbruch gelungen, der in zwei kürzlich erschienenen Arbeiten in den international renommierten "Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA" (PNAS) beschrieben ist. Mit der zeitaufgelösten FTIR Differenzspektroskopie lassen sich Proteine bei der Arbeit in Echtzeit mit atomarer Auflösung beobachten. Handelt es sich dabei um Photorezeptoren, können die Proteine direkt mit einem kurzen, gepulsten Laserblitz gezielt angeregt werden. Eine solche Untersuchung ist im Frühjahr in nature structural biology (s.u.) beschrieben und mit einem news and views Kommentar gewürdigt worden. Die meisten, insbesondere medizinisch relevanten Proteine tragen allerdings keine solche lichtaktivierbare "chromophore" Gruppe. Prof. Gerwert entwickelte daher zusammen mit Bob Austin, Princeton, USA, mit nanotechnologischen Methoden eine Micromischzelle. In ihr kann das Protein mit einer Startersubstanz in weniger als einer Millisekunde gemischt werden. Die durch Mischung angeregte Proteinreaktion können die Wissenschaftler dann im IR zeitaufgelöst untersuchen.

Zwischenstufe beschleunigt die Faltung

Mit diesem neuen Ansatz konnten sie zum ersten Mal eine beta nach alpha-Proteinfaltungsreaktion beobachten. Die umgekehrte Umfaltung von alpha nach beta scheint die so genannten Amyloiderkrankungen wie Creutzfeld-Jakob und Alzheimer auszulösen. Bei der Studie entdeckten die Forscher erstmals eine kompakte Zwischenstufe. Mit diesem Ergebnis können sie den ungewöhnlich schnellen Faltungsübergang erklären: Das Protein bleibt für den Übergang kompakt und muss sich nicht entfalten. Zurzeit wird in Gerwerts Labor der alpha nach beta-Übergang von Prionen untersucht.

Mutiertes Ras wirkt krebserregend

In der zweiten PNAS Arbeit, die in dieser Woche erschienen ist, untersuchte die Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit Prof. Fred Wittinghofer vom Max Planck Institut für Molekulare Physiologie in Dortmund die GAP (G-aktivierendes Protein) Aktivierung von sogenannten Ras Proteinen. Die GTP (Guanosintriphosphat) bindenden Ras Proteine spielen eine zentrale Rolle in der Signalübermittlung. Sie katalysieren die Hydrolyse von GTP zu GDP (Guanosindiphosphat) und Pi (anorganischer Phosphatrest). Bestimmte Mutanten von Ras können von GAP nicht mehr aktiviert werden und wirken dann krebserregend, weil der signalweiterleitende GTP Zustand angereichert wird.

Entdeckung hilft Medikamente entwickeln

Die Aktivierung des Ras Proteins durch GAP konnte dank der FTIR Spektroskopie zum ersten Mal in Echtzeit mit atomarer Auflösung untersucht werden. Dabei zeigte sich ein Zwischenstadium, in dem das vom Ras freigesetzte anorganische Phosphat sich nicht direkt löst. Überraschenderweise bleibt es an den RasGAP Komplex gebunden, bevor es im geschwindigkeitsbesimmenden Schritt vom Proteinkomplex freigesetzt wird. Aus den Ergebnissen lassen sich neue mechanistische Vorstellungen ableiten, die bei der Entwicklung neuer Krebsmedikamente helfen. Mit diesem neuen "assay" können Wirkstoffe jetzt gezielt daraufhin untersucht werden, ob sie krebserregende Ras Mutanten wieder aktivieren können.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Klaus Gerwert, Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24462, Fax: 0234/32-14238, E-Mail: gerwert@bph.ruhr-uni-bochum.de,
Dr. Mathias Lübben, Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24465, Fax: 0234/32-14626, E-Mail: luebben@bph.ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/cgi/reprint/98/14/7754.pdf
http://www.pnas.org/cgi/reprint/98/12/6646.pdf
http://www.bph.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Berichte zu: Alzheimer Protein Proteinfaltung Ras

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie