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 Studie entschlüsselt neue Diabetes-Gene
22.01.2018 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft
22.01.2018 | Humboldt-Universität zu Berlin

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: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
Weitere B2B-VideoLinks
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen