Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit

19.10.2017

Mit einer revolutionären Mikroskopie-Technik hat ein internationales Team von Wissenschaftlern erstmals einzelne Rezeptoren, die die Wirkung von Hormonen und Medikamenten vermitteln, live bei der Arbeit beobachtet. Dabei stießen sie auf überraschende Details.

Bei der Suche nach neuen Medikamenten gegen Krankheiten wie Bluthochdruck, Asthma oder Parkinson zählen sogenannte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) zu den ganz besonders „heißen Kandidaten“.


Rezeptoren (grün) und G-Proteine (magenta) wandern über die Oberfläche einer lebenden Zelle, bevor sie an sogenannten „Hot Spots“ auf der Zellmembran aufeinander treffen.

Foto: AG Calebiro


Hot Spot, an dem Rezeptoren und G-Proteine zusammen kommen. Das Zytoskelett und andere strukturelle Komponenten der Zellmembran konzentrieren beide in speziellen Nanodomänen.

Foto: AG Calebiro

Schließlich sind sie für viele Hormone und Neurotransmitter der Ansatzpunkt, über den diese auf die Aktivität von Zellen einwirken. Dementsprechend greifen heute schon rund die Hälfte aller verschreibungspflichtigen Medikamente an diesen Rezeptoren an – und helfen so bei der Behandlung weitverbreiteter Krankheiten.

Damit sie Prozesse im Zellinneren in Gang setzen und steuern können, müssen – wie der Name verrät – Rezeptoren und G-Proteine zunächst zueinander finden. Wie und wo das passiert, war lange Zeit Gegenstand zahlreicher Hypothesen, die jedoch nie bestätigt werden konnten.

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern aus Universitäten in Würzburg, Birmingham und Wrocław ist es jetzt erstmalig gelungen, die „Kontaktanbahnung“ zwischen einzelnen Rezeptoren und G-Proteinen und das weitere Geschehen live auf der Oberfläche von lebenden Zellen zu beobachten und zu untersuchen.

Publikation in Nature

Das Ergebnis: „Wir konnten zeigen, dass Rezeptoren und G-Proteine sich bevorzugt an speziellen Orten auf der Plasmamembran treffen, die wir als ‚Hot Spots‘ bezeichnen“, erklärt Professor Davide Calebiro, Hauptautor der Studie, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Nature erschienen ist. Calebiro forscht am Institut für Pharmakologie und Toxikologie und am Bio-Imaging Center der Universität Würzburg sowie am Centre of Membrane Proteins and Receptors der Universitäten von Birmingham und Nottingham.

Mit Hilfe einer modifizierten Variante der Einzelmolekül-Mikroskopie war es den Wissenschaftlern möglich, diese detaillierten Beobachtungen an der Zellmembran zu machen. Dabei konnten sie auch sehen, dass Rezeptoren und G-Proteine in der Regel nur vorübergehend miteinander in Kontakt stehen – ihr Zusammenwirken war in der Mehrzahl der Fälle nach nur einer Sekunde wieder beendet. Weiter fanden die Forscher heraus, dass das Zytoskelett der Zelle bei der Bildung der Hot Spots eine wichtige Rolle spielt. Diese Treffpunkte auf der Zelloberfläche waren bisher unbekannt gewesen.

Neue Technik ermöglicht neue Einsichten

Calebiro und seine Ko-Autoren sind davon überzeugt, dass Hot Spots Einfluss auf die Aktivierung der G-Proteine ausüben, indem sie sowohl die Geschwindigkeit als auch die Effizienz dieser Prozesse steigern. Gleichzeitig sorgen sie dafür, dass die Signalübertragung räumlich beschränkt werden kann. Die neuen Erkenntnisse zeigen nach Meinung der Wissenschaftler, dass „anscheinend einfache biologische Prozesse äußerst komplex sein können, wenn man sie aus der Nähe betrachtet“.

Dementsprechend gehen sie davon aus, dass die derzeitigen „außergewöhnlichen Fortschritte“ bei den bildgebenden Verfahren zu einem deutlich vertieften Verständnis dieser Prozesse führen werden.

Ihre jetzt gewonnenen Erkenntnisse bieten nach ihren Worten die Chance auf neue therapeutische Ansätze. „Bisher gängige Wirkstoffe arbeiten so, dass sie die Rezeptoren entweder blockieren oder aktivieren“, erklärt Davide Calebiro. In Zukunft könnte es möglich sein, selektiver auf diese Prozesse einzuwirken – beispielsweise indem man die Mobilität von Rezeptoren und G-Proteinen auf der Zellmembran oder deren Interaktionen an den Hot Spots manipuliert.

Diese Studie wurde unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Single-molecule imaging reveals receptor–G protein interactions at cell surface hot spots. Titiwat Sungkaworn, Marie-Lise Jobin, Krzysztof Burnecki, Aleksander Weron, Martin J. Lohse & Davide Calebiro. Nature, published online 18 October 2017, doi:10.1038/nature24264

Kontakt

Prof. Dr. med. Dr. Davide Calebiro, T: +49 931 31-80067, davide.calebiro@toxi.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen:

Simultane Visualisierung und Verfolgung einzelner Rezeptoren (grün) und G-Proteine (magenta) an der Oberfläche einer lebenden Zelle. Die Rezeptoren und G-Proteine wandern umher, bevor sie an sogenannten "Hot Spots" auf der Zellmembran aufeinandertreffen. (Video: AG Calebiro)

https://www.youtube.com/watch?v=7vsc9DnGhsM

Gunnar Bartsch | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Antibiotikaresistente Erreger in Haushaltsgeräten
16.02.2018 | Hochschule Rhein-Waal

nachricht Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt
16.02.2018 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

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: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Im Focus: Das VLT der ESO arbeitet erstmals wie ein 16-Meter-Teleskop

Erstes Licht für das ESPRESSO-Instrument mit allen vier Hauptteleskopen

Das ESPRESSO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile hat zum ersten Mal das kombinierte Licht aller vier 8,2-Meter-Hauptteleskope nutzbar gemacht....

Im Focus: Neuer Quantenspeicher behält Information über Stunden

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten.

Mit Quantenteilchen kann man Information speichern und manipulieren – das ist die Basis für viele vielversprechende Technologien, vom hochsensiblen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Auf der grünen Welle in die Zukunft des Mobilfunks

16.02.2018 | Veranstaltungen

Smart City: Interdisziplinäre Konferenz zu Solarenergie und Architektur

15.02.2018 | Veranstaltungen

Forschung für fruchtbare Böden / BonaRes-Konferenz 2018 versammelt internationale Bodenforscher

15.02.2018 | Veranstaltungen

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

Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

17.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Strategien zur Behandlung chronischer Nierenleiden kommen aus der Tierwelt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics