Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Yogastellungen der Ionenkanäle

22.08.2016

Internationales Forscherteam entschlüsselt Aktivitätsmuster durch Kombination neuartiger Verfahren

Wissenschaftler der Universitäten Melbourne und Göttingen haben herausgefunden, nach welchem System sich Ionenkanäle öffnen und schließen. Der Schlüssel liegt in der komplexen dreidimensionalen Struktur des Proteins, aus dem ein Ionenkanal aufgebaut ist.


Geschlossen - geöffnet - geschlossen: Die verschiedenen Aktivitätsniveaus eines Ionenkanals entsprechen verschiedenen Yogastellungen.

Yoga-Illustrationen: Kennguru, Grafik: Siekmann

Proteine können sich nicht beliebig, sondern nur nach bestimmten Mustern verformen. Den Forschern gelang es, die Verbindung zwischen der Aktivität des Ionenkanals und den verschiedenen Konfigurationen des Proteins durch statistische Analyse von Zeitreihendaten aufzudecken. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society A erschienen.

Ionenkanäle sind winzige Bestandteile menschlicher Zellen, die bei sämtlichen physiologischen Prozessen im Körper eine wichtige Rolle spielen. In der Zellmembran bilden sie Poren, die es elektrisch geladenen Teilchen (Ionen) wie Natrium, Chlorid oder Calcium ermöglichen, die ansonsten undurchdringliche Zellwand zu überqueren.

Nervenzellen werden durch Ionen wie eine Batterie aufgeladen und können dadurch mit anderen Zellen kommunizieren, beispielsweise im Gehirn. Auch der Herzschlag wird einmal pro Sekunde durch ein solches elektrisches Signal initiiert. Erblich bedingte Defekte oder sogar das Fehlen bestimmter Ionenkanäle können zu Krankheiten wie beispielsweise Mukoviszidose führen.

Durch eine Veränderung ihrer Struktur können Ionenkanäle Poren in der Zellmembran öffnen oder schließen. Dies geschieht jedoch nicht gleichmäßig, sondern sehr extrem. „Oft machen Ionenkanäle eine Zeit lang überhaupt nichts, dann zeigen sie plötzlich maximale Aktivität, bevor sie wieder abschalten“, erläutert Dr. Ivo Siekmann vom Felix-Bernstein-Institut für Mathematische Statistik der Universität Göttingen. „Dazwischen gibt es Aktivität auf verschiedenen mittleren Niveaus.“

Der Schlüssel liegt in der komplexen dreidimensionalen Struktur des Proteins, aus dem der Ionenkanal aufgebaut ist. „Ionenkanäle können sich nicht einfach beliebig verformen“, so Dr. Siekmann. „Wie beim Yoga gibt es bestimmte Stellungen, die das Protein einnehmen kann.“

Die verschiedenen Aktivitätsniveaus des Kanals entsprechen dabei den verschiedenen Yogastellungen. Durch eine Kombination neuartiger statistischer und mathematischer Verfahren gelang es den Forschern, aufzudecken, wie der Ionenkanal zwischen den verschiedenen Yogastellungen wechselt.

Die Studie hat konkrete Konsequenzen: Pharmakologisch wirksame Moleküle, mit deren Hilfe bestimmte Ionenkanäle beeinflusst werden können, bieten die Chance, zielgerichtet Medikamente zu entwickeln. Allerdings zeigen die Ergebnisse, dass sich nur das mittlere Aktivitätsniveau eines Ionenkanals verändern lässt – das tatsächliche Öffnen und Schließen hingegen lässt sich nicht direkt beeinflussen.

„Manche physiologischen Prozesse lassen sich durch den Wechsel zwischen Aktivitätsniveaus nun einfacher erklären“, so Dr. Siekmann. „Statt vom komplizierten und hektischen Öffnen und Schließen hängen sie viel stärker vom gemächlichen Übergang zwischen verschiedenen Yogastellungen ab.“

Dr. Ivo Siekmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Felix-Bernstein-Institut für Mathematische Statistik an der Fakultät für Mathematik und Informatik der Universität Göttingen. Er forscht in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Axel Munk, in der statistische Modelle und Verfahren zur Analyse von Ionenkanälen entwickelt werden. Diese Forschung wird durch den Sonderforschungsbereich „Funktionalität kontrolliert durch Organisation in und zwischen Membranen“ und ein Max Planck Fellowship am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen gefördert.

Originalveröffentlichung: Ivo Siekmann et al. Modelling modal gating of ion channels with hierarchical Markov models. Proceedings of the Royal Society A 2016. Doi: 10.1098/rspa.2016.0122.

Kontaktadresse:
Dr. Ivo Siekmann
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Mathematik und Informatik
Institut für Mathematische Stochastik
Goldschmidtstraße 7, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-172127
E-Mail: ivo.siekmann@mathematik.uni-goettingen.de

Weitere Informationen:

http://www.stochastik.math.uni-goettingen.de

Thomas Richter | Georg-August-Universität Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie