Proteine samt Etikett nachbauen

Dr. Dirk Schwarzer leitet eine neue Arbeitsgruppe am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin-Buch. Es handelt sich um eine „Emmy-Noether-Gruppe“, der Name weist auf ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hin. Schwarzer hatte das renommierte Emmy-Noether-Stipendium im April dieses Jahres bewilligt bekommen und sich entschieden, damit eine eigene Arbeitsgruppe am FMP aufzubauen.

Er ist damit der erste Emmy-Noether-Stipendiat im Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB). Seine Gruppe wird sich mit der Protein-Semisynthese befassen. Dabei geht es darum, Proteine so herzustellen, dass in die Eiweiße auch Veränderungen eingebaut werden, die normalerweise im Verlauf einer Signalkaskade entstehen.

Vereinfacht ausgedrückt: Im Organismus gibt es Botenstoffe, die innerhalb von Zellen oder zwischen den Zellen Signale übermitteln. Das sind häufig Proteine, die nach einem bestimmten Bauplan – kodiert in einem Gen – hergestellt werden. Mit modernen gentechnischen Verfahren kann man beispielsweise Bakterienstämme wie Escherichia-coli dazu bringen, Proteine eines Menschen nachzubauen. Das Problem: Während der Signalübermittlung verändern sich Proteine, es werden bestimmte Bausteine angehängt und wieder entfernt. Einer dieser Vorgänge heißt Phosphorylierung. Dirk Schwarzer sagt: „Schätzungsweise ein Drittel aller menschlichen Proteine werden phosporyliert.“ In den Zellen gibt es dazu bestimmte Werkzeuge.

Die Phosphorylierung und verwandte Vorgänge kann man sich vorstellen wie ein Etikett, das an ein Paket gehängt und dann wieder abgeschnitten wird. Bakterien sind jedoch nicht in der Lage, derlei Veränderungen in die von ihnen produzierten Eiweiße einzubauen.

Hier setzt nun die Seminsynthese von Proteinen an: „Wir bauen gewissermaßen die Botenstoffe mitsamt ihrer Etiketten nach“, erläutert Schwarzer. Dazu lassen er und seine Kollegen zunächst einen Teil der Proteine von den bakteriellen Helfern herstellen und synthetisieren einen anderen Teil mitsamt der gewünschten Veränderung auf chemischem Wege. Dann fügen die Wissenschaftler die Teile zusammen und bauen somit die Veränderungen – in der Fachsprache: post-translationale Modifikationen – in die Eiweiße ein. „Diese Proteine unterziehen wir dann biochemischen Tests“, berichtet Schwarzer, „wir untersuchen beispielsweise, welche anderen Proteine daran binden.“ Auf diese Weise gelingt es den Wissenschaftlern, Signalübertragungsvorgänge im Organismus zu verstehen und auch die Signalkaskade zu beeinflussen. Sie können Vorgänge auslösen oder blockieren und damit als ultimatives Ziel in ein Krankheitsgeschehen eingreifen.

Schwarzers Gruppe ist angesiedelt in der Abteilung Chemische Biologie des FMP, die von Prof. Michael Bienert geleitet wird. Schwarzer selbst kommt von der Universität Dortmund, wo er Mitarbeiter von Prof. Henning Mootz war, der zuvor selbst eine Emmy- Noether-Forschergruppe geleitet hatte. Dirk Schwarzer (35) studierte Chemie in Marburg und ging nach seiner Promotion für drei Jahre nach Baltimore an die renommierte Johns Hopkins University. Seit 1. August ist er nun am FMP und leitet hier seine eigene Emmy-Noether-Forschungsgruppe.