Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vom Gen zum Protein – Neue Erkenntnisse von MDC/BIMSB-Forschern

19.05.2011
Wie steuern uns die Gene? Diese fundamentale Frage des Lebens ist trotz jahrzehntelanger Forschung immer noch offen. Gene sind Baupläne für Proteine – den eigentlichen Funktionsträgern des Lebens.

Bei Krankheiten wie Krebs ist nicht nur das Erbgut verändert, sondern es ist auch die Produktion von Proteinen gestört. Doch wie wird kontrolliert, wie viel von welchem Protein gemacht wird? Das haben Forscher vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch der Helmholtz-Gemeinschaft jetzt erstmals gemessen. Nach ihren neuesten Erkenntnissen findet die Kontrolle der Proteinproduktion hauptsächlich im Zellplasma statt und nicht im Hochsicherheitstrakt des Zellkerns.

Basis für den Erfolg war die enge Zusammenarbeit eines Teams um die Biologen Björn Schwanhäusser, Matthias Selbach, die Systembiologin Jana Wolf und den Biologen Wei Chen vom Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) des MDC (Nature doi:10.1038/nature10098)*. Das BIMSB wurde 2008 vom MDC mit Unterstützung des Bundesforschungsministeriums und des Senats von Berlin gegründet. Im Mittelpunkt der medizinischen Systembiologie stehen nicht mehr einzelne, isoliert betrachtete Gene und ihre Proteine, sondern ihre Regulation und ihre Wechselwirkungen miteinander, und deren Relevanz für Krankheitsvorgänge. Seit seiner Gründung ist das BIMSB nicht nur in der Berliner Forschungslandschaft renommiert, sondern hat sich auch international einen sehr guten Ruf verschafft. Mit den Berliner Universitäten, vor allem der Humboldt-Universität zu Berlin und der Charité-Universitätsmedizin Berlin, arbeitet das Institut eng in zahlreichen Forschungsverbünden gerade auch im Rahmen der Exzellenzinitiative zusammen. Darüber hinaus kooperiert es eng mit der New York University.

Proteine sind die Bau- und Betriebstoffe des Lebens. „Sie steuern quasi alle biologischen Prozesse vom Herzschlag über den Sauerstofftransport bis hin zum Denken“, erläutert Selbach. Der Bauplan für die Proteine ist in den Genen im Zellkern gespeichert. Die im Zellkern gebildete messenger RNA (mRNA; engl. messenger für Bote) (Transkription) bringt eine Kopie des Bauplans zu den Proteinfabriken der Zelle im Zellplasma, den Ribosomen. Dort wird die Information der mRNAs für die Proteinproduktion übersetzt (Translation). Fraglich war allerdings, welcher der beiden Prozesse, d.h. Transkription oder Translation federführend bei der Kontrolle der zellulären Proteinmengen ist.

Ausgangspunkt der MDC-Forscher war es, den Umsatz von zellulären mRNAs und Proteinen sowie die mRNA- und Proteinmengen zu messen. Zum Einsatz kamen dabei Hochdurchsatztechnologien wie die quantitative Massenspektrometrie und neueste Sequenzierungstechniken, die am MDC/BIMSB in unmittelbarer räumlicher Nähe zu finden sind.

Mit Hilfe mathematischer Modellrechnungen konnten aus den gewonnenen Daten Rückschlüsse auf die Kontrolle der Proteinmengen gewonnen werden. Insgesamt identifizierten die Forscher in den Bindegewebszellen über 5 000 Proteine. Welche Gene tatsächlich in Proteine übersetzt werden, hängt dabei nicht nur von der Umschreibung der DNA-Vorlage in mRNAs im Zellkern ab, sondern insbesondere von der Übersetzung der Vorlage in den Proteinfabriken im Zellplasma. „Die Ribosomen bestimmen letztlich, wie viel Protein eine Zelle herstellt. „Aus manchen mRNAs entsteht nur ein Protein pro Stunde, aus anderen dagegen 200“, erklärt Selbach.

Zellen arbeiten energieeffizient
Die Forscher stellten weiter fest, dass Zellen sehr effizient mit ihren Ressourcen umgehen. Die mRNAs und Proteine, von denen eine Zelle am meisten herstellt, und die sie für ihren normalen Betrieb benötigt, sind sehr stabil. Auf diese Weise spart die Zelle wertvolle Energie, denn die Proteinproduktion verbraucht viele Ressourcen. Dagegen sind Proteine, die für die schnelle Signalverarbeitung wichtig sind, meist instabil. Die Zelle kann deshalb schnell auf Veränderungen reagieren. Das erklärt vielleicht auch, warum die entscheidende Kontrolle erst im Zellplasma abläuft und nicht schon bei den Genen im Zellkern: Die Kontrolle des letzten Schrittes der Produktionskette erlaubt es den Zellen, besonders dynamisch auf Umwelteinflüsse zu reagieren.

Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse auch für Krankheiten relevant sind. „Bisher ist das reine Grundlagenforschung“, betont Selbach. „Aber man weiß auch, dass die Produktion von Proteinen zum Beispiel bei Krebs gestört ist.“ Wo der Prozess außer Kontrolle gerät, ist kaum bekannt. Bisher haben Forscher hauptsächlich im Zellkern nach Antworten gesucht. Die neuen Ergebnisse zeigen aber, dass die Proteinfabriken im Zellplasma sehr große Bedeutung haben. Vielleicht liegt also dort der Schlüssel zum Verständnis von Krankheiten.

*Global quantification of mammalian gene expression control
Björn Schwanhäusser1, Dorothea Busse1, Na Li1, Gunnar Dittmar1, Johannes Schuchhardt2, Jana Wolf1, Wei Chen1 & Matthias Selbach1

1Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Robert-Rössle-Str. 10, D-13092 Berlin, Germany. 2MicroDiscovery GmbH, Marienburger Str. 1, D-10405 Berlin, Germany.

Barbara Bachtler
Pressestelle
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch
in der Helmholtz-Gemeinschaft
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin
Tel.: +49 (0) 30 94 06 - 38 96
Fax: +49 (0) 30 94 06 - 38 33
e-mail: presse@mdc-berlin.de

Barbara Bachtler | Max-Delbrück-Centrum
Weitere Informationen:
http://www.mdc-berlin.de/
http://www.mdc-berlin.de/en/bimsb/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Wie Proteine zueinander finden
21.02.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

Physikerinnen und Physiker diskutieren in Bremen über aktuelle Grenzen der Physik

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Prozesstechnik für effizientes Bohren und Schneiden auf der LASER CHINA

22.02.2017 | Messenachrichten

IHP-Forschungsteam verbessert Zuverlässigkeit beim automatisierten Fahren

22.02.2017 | Automotive

Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen

22.02.2017 | Physik Astronomie