Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblicke in verborgene Proteinzustände

19.05.2014

Neuentwickelte Methode macht erstmals Dynamik größerer und unlöslicher Proteine sichtbar

Proteine erfüllen in allen Organismen lebenswichtige Aufgaben. Häufig verändern sie dabei ihre dreidimensionale Struktur, um mit verschiedenen Bindungspartnern in Aktion zu treten. Ein deutsch-französisches Forscherteam mit Jülicher Wissenschaftlern hat nun eine Methode entwickelt, die solche dynamischen Vorgänge erstmals bei größeren und unlöslichen Proteinen in atomarer Genauigkeit analysieren kann.


Der "Flip" zwischen zwei Zuständen des Proteins Ubiquitin, bei dem sich ein Teil des Proteins umlagert und über eine Wasserstoffbrücke an die geschwungene Helix des Proteins bindet (rechts). Der Zustand besteht für eine halbe Millisekunde und liegt nur zu etwa 10 Prozent in der Proteinprobe vor.

Quelle: Paul Schanda/IBS Grenoble

Dies könnte zu neuen Erkenntnissen über den Zusammenhang von Form und Funktion bei diesen Proteinen führen und dazu beitragen, die Prozesse bei der Entstehung von Alzheimer und anderen Krankheiten besser zu verstehen. Die Studie wurde im Fachjournal Angewandte Chemie als "Very Important Paper" vorgestellt.

Proteine sind im Körper notwendig für zahlreiche grundlegende Funktionen wie den Stoffwechsel und die Immunabwehr, leiten als Rezeptoren Signale weiter und steuern biochemische Reaktionen in der Zelle. So vielfältig wie diese Aufgaben sind auch die räumlichen Strukturen, die Proteine annehmen können.

Eine der wichtigsten Methoden, um die jeweilige Form der langen, dreidimensional gefalteten Aminosäureketten zu entschlüsseln, ist die NMR (engl. "nuclear magnetic resonance")-Spektroskopie, mit der sich die Position der einzelnen Atome im Molekül bestimmen lässt. "Manche funktionalen Zustände kann man so jedoch nicht abbilden, weil sie, bezogen auf die Gesamtzahl der Proteine in einer Probe, sehr selten auftreten und nur für Sekundenbruchteile bestehen", erklärt Prof. Dieter Willbold, Direktor des Institute of Complex Systems, Bereich Strukturbiochemie (ICS-6) am Forschungszentrum Jülich.

Erste Erfolge, dynamische Vorgänge sichtbar zu machen, erzielte eine Forschergruppe mit Jülicher Beteiligung kürzlich bereits mithilfe einer Weiterentwicklung der Flüssig-NMR-Spektroskopie. Diese Methode ist allerdings nur auf kleinere und in Lösung befindliche Proteine anwendbar. Ein Team von Wissenschaftlern des Institut de Biologie Structurale (IBS) des Commissariats à l'Energie Atomique in Grenoble und des Forschungszentrums Jülich hat nun eine neues Verfahren auf Basis der Festkörper-NMR entwickelt, das diese Limitierung aufhebt.

Die Methode erlaubt direktere Einblicke als bisher, indem sie Informationen über die Winkel zwischen den einzelnen Verbindungen innerhalb des Proteinmoleküls liefert. "Wenn man eine große Zahl solcher Winkel kennt, kann man die Struktur rekonstruieren, auch wenn diese nur eine kurze Lebensdauer hat und zu einem kleinen Prozentsatz in der Probe vorliegt", sagt Paul Schanda, Forschungsgruppenleiter für Festkörper-NMR am IBS.

Die Zuverlässigkeit des Verfahrens wurde am gut erforschten und häufig vorkommenden Protein Ubiquitin geprüft, welches an viele andere Proteine bindet. In früheren Studien war aufgefallen, dass an einer bestimmten Stelle von Ubiquitin zwei leicht unterschiedliche Strukturen zu existieren scheinen. "Mit bisherigen Methoden erhielt man mal die eine, mal die andere Struktur. Mit dem neuen Verfahren konnten wir zeigen, dass in der Probe stets beide Strukturen vorliegen: Ubiquitin springt ständig zwischen den beiden Zuständen hin und her", erklärt Paul Schanda.

Das Verfahren ließe sich beispielsweise auf Enzym- und Membranproteine anwenden, die zu den wichtigsten Angriffspunkten für medizinische Wirkstoffe gehören. Ebenso nützlich könnte es für die Alzheimerforschung werden, die einen der Schwerpunkte der Jülicher Forscher darstellt. Bei dieser Krankheit verklumpen eigentlich harmlose Proteine im Hirn zu schädlichen Aggregaten. "Wahrscheinlich stehen am Anfang zwei oder mehr A-beta-Proteine, die in einem seltenen Faltungszustand aneinander binden und einen Aggregationskeim bilden. Vorgänge wie diese können wir jetzt wesentlich besser erforschen", sagt Dieter Willbold. "Das ist ein wichtiges Ergebnis der sehr fruchtbaren und seit mehr als fünf Jahren funktionierenden Kooperation zwischen dem Forschungszentrum Jülich und dem IBS in der strukturbiologischen Forschung", betont der Wissenschaftler.

Originalpublikation

Peixiang Ma et al.: Probing Transient Conformational States of Proteins by Solid-State R1ρ Relaxation-Dispersion NMR Spectroscopy. Angew. Chem. Int. Ed., 53: 4312–4317. doi: 10.1002/anie.201311275

Kontakt

Prof. Dr. Dieter Willbold
Institut for Complex Systems, Strukturbiochemie (ICS-6)
Forschungszentrum Jülich
Institut für Physikalische Biologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Tel.: +49 2461 61-2100
E-Mail: d.willbold@fz-juelich.de

Dr. Paul Schanda
Institut de Biologie Structurale. Grenoble, Frankreich
Tel.: +33 457 428-659
E-Mail: paul.schanda@ibs.fr

Pressekontakt

Annette Stettien
Tel.: +49 2461 61-2388
E-Mail: a.stettien@fz-juelich.de

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2014/14-05-19protein-zustaende.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt
16.10.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

nachricht Keimfreie Bruteier: Neue Alternative zum gängigen Formaldehyd
16.10.2017 | Technische Universität Graz

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: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise