Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Fall von Zell-Spionage

22.11.2006
Göttinger Max-Planck-Forscher beobachten mit einem neuen Verfahren, wie komplexe Proteine in lebenden Zellen kommunizieren

Ohne Richtmikrofon und Revolver, aber mit Methoden der Spionage erkunden Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für experimentelle Medizin in Göttingen und der Axaron Bioscience AG in Heidelberg die Informationswege in der Zelle. Mit Hilfe von Spähermolekülen übersetzen die Forscher die Interaktionen löslicher Proteine und komplexer Membranproteine in Lichtsignale, die leicht zu detektieren sind. Auf diese Weise können sie auch in bisher experimentell schwer zugänglich Zellen, etwa Neuronen oder Gliazellen, untersuchen, welche Proteine wann miteinander kommunizieren. Mit dem Verfahren lassen sich Krankheiten erforschen, die unter anderem durch fehlgeleitete Informationen in Zellen ausgelöst werden, wie beispielsweise Krebs oder neurodegenerative Erkrankungen (Nature Methods Dezember 2006, online: 29. Okt. 2006).


Schematische Darstellung der transkriptionsabhängigen Variante des Split-TEV Verfahrens. Der rote Auftraggeber "Nrg" dockt an einem grünen Transmembranprotein an, das sich daraufhin mit einem zweiten Membranprotein (gelb) verbindet, um die Information weiterzuleiten. Dadurch fügt sich auch das Späherenzym an der Zellinnenseite (blau) zusammen und setzen den Transkriptionsspion (GV) frei, der aus der DNA ein fluoreszierendes Molekül synthetisieren lässt. Das sorgt dann für das detektierbare Signal. Bild: Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin

Häufig teilen Nachrichtenmoleküle Zellen ihre Aufgaben mit - beispielsweise sich zu teilen oder bestimmte Enzyme zu produzieren. Membranproteine an der Außenseite der Zelle empfangen diese Aufträge, lösliche Proteine leiten sie im Zellinneren weiter. Ist die Kommunikation in der Zelle oder zwischen Zellen gestört, können unter Umständen Krebs oder neurodegenerative Erkrankungen entstehen. Die Therapie dieser Krankheiten würde leichter, wenn Mediziner mehr über diese Informationswege wüssten. Ein Wissenschaftlerteam vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin in Göttingen und der Axaron Bioscience AG in Heidelberg hat nun eine neue Methode namens Split-TEV entwickelt, um die Stillepost von Protein zu Protein abzuhören. Das Verfahren vereinfacht es enorm, die Interaktion sowohl von löslichen Proteinen als auch von komplexen Membranproteinen zu untersuchen.

Insbesondere die Membranproteine waren bisher nur sehr eingeschränkt zu analysieren. Sie sind besonders interessant, weil an ihnen viele wichtige Nachrichtenkaskaden beginnen und potenzielle Pharmazeutika besonders gut angreifen können. Die sehr empfindliche Methode eignet sich auch, um Zellen zu analysieren, die direkt aus lebendem Gewebe entnommen wurden. Diese sogenannten Primärzellen sind zwar aufwändiger zu handhaben als Zellen, die extra für die Forschung im Labor gezüchtet wurden. Sie stellen aber auch ein weitaus aussagekräftigeres biologisches System dar. Im Gegensatz zu früheren Methoden lassen sich mit der Split-TEV-Technik überdies in automatisierten Analyseverfahren (high-throughput screenings) viele der zahlreichen Proteine und externen Faktoren gleichzeitig testen, die an den Nachrichtenkaskaden in der Zelle beteiligt sind.

Die Forscher greifen bei ihren Untersuchungen auf Tricks der Spionagetechnik zurück: Sie schleusen zwei Spähermoleküle in die Zelle ein. Die beiden Moleküle bilden zusammen ein Enzym des Tabakvirus TEV, das erst aktiv wird, wenn die beiden Teile einander nahe kommen. Die Enzymhälften heften sich nun an zwei zuvor bestimmte Zielproteine. Sobald diese sich treffen, nähern sich auch ihre Späheranhängsel und werden dadurch zu einem funktionsfähigen Enzym. Das vollständige Enzym aktiviert anschließend ein weiteres Protein - ein fluoreszierendes Reportermolekül, das bis jetzt an einem der Agentenmoleküle hing, nun aber abgestoßen wird. Dabei fängt es an zu leuchten und signalisiert den Forschern so: Die Proteine reden miteinander!

Bei einer Variante des Verfahrens leuchtet das Reportermolekül nicht selber. Stattdessen wandert es in den Zellkern und aktiviert ein Gen, das ein fluoreszierendes Molekül kodiert. Die Forscher müssen dieses extra zu diesem Zweck schon vorher in die DNA eingebaut haben. Bei dieser Version gibt das Reportermolekül also nur indirekt ein Signal ab, weil das produzierte Fluoreszenzmolekül leuchtet. Dieses transkriptionsabhängige Verfahren, ist zwar etwas aufwändiger als das direkte, dafür aber erheblich empfindlicher. Es wandelt selbst vorübergehende, kurze Interaktionen in ein andauerndes, deutliches Signal um.

Die Wissenschaftler setzten viele verschiedene fluoreszierende und lumineszierende Reportermoleküle beziehungsweise Gene für zahlreiche Leuchtproteine ein. So können Forscher das Split-TEV-Verfahren sehr flexibel an die vorhandene Analysetechnik und das jeweils untersuchte Proteinsystem anpassen. "Außerdem stehen die für die Aufnahme und Analyse der Lichtsignale benötigten Geräte in den meisten Laboren ohnehin zur Verfügung - ein großer Kostenvorteil für das Verfahren", sagt Moritz Rossner, der Projektleiter.

Seine Arbeitsgruppe will sich vor allem auf die Interaktionen von Neuronen und Gliazellen konzentrieren. Denn mit der Split-TEV Technik ist nun auch die intra- und interzelluläre Kommunikation dieser experimentell schwer zugänglichen Zelltypen gut zu untersuchen. "Außerdem wollen wir das System in Zukunft so weiterentwickeln, dass wir ausgedehnte Netze miteinander kommunizierender Proteine analysieren können", sagt Moritz Rossner.

Originalveröffentlichung:

Michael C. Wehr, Rico Laage, Ulrike Bolz, Tobias M. Fischer, Sylvia Grünewald, Sigrid Scheek, Alfred Bach, Klaus-Armin Nave & Moritz J. Rossner
Monitoring regulated protein-protein interactions using split TEV
Nature Methods, Dezember 2006, online: 29. Okt. 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Enzym Interaktion Membranprotein Protein Reportermolekül Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik