Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekularer „Schutzengel“ von Muskeln entdeckt

20.02.2014
Einen zellulären Bewacher, der für den Erhalt und die Funktion von Muskeln sorgt, hat das Forschungsteam um Halyna Shcherbata am Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie entdeckt.

Wie die Wissenschaftler am Modell der Taufliege zeigen konnten, sind sogenannte mikroRNAs ein wichtiger Regulator des Muskelproteins Dystroglykan. Dieses spielt auch bei der Entstehung von Muskelerkrankungen, sogenannten Muskeldystrophien, eine Schlüsselrolle. Die Erkenntnisse der Forscher könnten dazu beitragen, neue Ansätze zur Behandlung derartiger Krankheiten zu entwickeln.


Mikroskopische Aufnahme eines Taufliegenembryos, in dem der molekulare „Schutzengel“ namens mikroRNA-9a „abgeschaltet“ wurde. Die Muskeln der Fliege (grün), das Muskelprotein Dystroglykan (rot) und Shcherbata
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Wenn Muskeln immer mehr an Masse und Kraft verlieren und sich ihr fortschreitender Schwund nicht aufhalten lässt, lautet die Diagnose: Muskeldystrophie. An diesen chronisch verlaufenden Erkrankungen der Skelettmuskulatur leiden allein in Deutschland etwa 30.000 Menschen. Ihre häufigste Ursache ist ein genetischer Defekt des sogenannten Dystrophin-Dystroglykan-Komplexes in der Membran der Skelettmuskelzellen.

Er verbindet das Zytoskelett der Zelle mit ihrer Umgebung – der sogenannten extrazellulären Matrix. Auch Fliegen entwickeln Muskeldystrophien, wenn sie denselben genetischen Defekt aufweisen. Frühere Experimente der Forschungsgruppenleiterin Halyna Shcherbata vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie konnten dies eindeutig nachweisen. Bereits seit Längerem setzt die Wissenschaftlerin daher erfolgreich die Taufliege Drosophila melanogaster ein, um die Ursachen von Muskeldystrophien zu erforschen.

„Bei betroffenen Patienten scheinen neben dem Dystrophin-Dystroglykan-Komplex nicht zuletzt auch falsch geformte Verbindungen zwischen Sehnen und Muskeln für den Erhalt und die Funktion der Muskulatur eine wichtige Rolle zu spielen,“ erklärt Shcherbata. Die Muskel-Sehnen-Übergänge seien bisher in ihrer Bedeutung für Muskeldystrophien unterschätzt. Um neue Strategien zur Behandlung dieser Krankheiten zu entwickeln, ist es daher wichtig, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die die Ausbildung der Muskel-Sehnen-Verbindungen steuern.

Einen molekularen „Schutzengel“ in diesem Prozess hat das Team um die Göttinger Entwicklungsbiologin jetzt in der Fliege identifiziert. Wie es herausfand, stellt dieser Beschützer – mikroRNA-9a (miR-9a) genannt – sicher, dass sich die Muskel-Sehnen-Übergänge normal ausbilden, indem es die Produktion störender Proteine verhindert. „Dystroglykan ist zwar für Muskelzellen unentbehrlich. Aber wenn es in den Sehnenzellen gebildet wird, hat das fatale Folgen,“ berichtet Shcherbata.

„Wird dort das Dystroglykan-Gen fälschlicherweise „angeschaltet“, werden Muskeln und Sehnen nicht richtig verknüpft und in der frühen Entwicklung kann es zum Absterben der Embryonen kommen“. Ursache für solche fehlproduzierten Proteine sind zumeist Fehler beim Ablesen der Gene. Die Entdeckung der Göttinger Wissenschaftler, dass miRNAs ein wichtiger Regulator des Muskelproteins Dystroglykans sind, könnten möglicherweise auch neue Ansätze zur Behandlung von Muskeldystrophien eröffnen.

Wie die Entwicklungsbiologen herausfanden, wacht die miR-9a darüber hinaus noch über weitere Gene, die an der Bildung von Muskelzellen beteiligt sind. Dies fanden die Wissenschaftler mit einem raffinierten Experiment heraus. Dazu aktivierten die Forscher den molekularen „Schutzengel“ dort, wo er in der gesunden Fliege nicht aktiv ist: in embryonalem Gewebe, aus dem sich später auch die Skelettmuskulatur des Insekts entwickelt. Tatsächlich leistete die miR-9a auch am falschen Einsatzort ganze Arbeit – und verhinderte die Entwicklung jeglichen Muskelgewebes. „Wir vermuten daher, dass in der normalen Fliege die miR-9a das Anschalten einer ganzen Reihe störender muskelspezifischer Gene im Muskel-Sehnen-Übergang unterdrückt“, so Andriy Yatsenko, Postdoktorand in der Forschungsgruppe.

Doch wieso besteht überhaupt die Gefahr, dass in der Zelle Gene falsch abgelesen und Proteine produziert werden, die dieser im schlimmsten Fall sogar schaden? Die Antwort liefert ein Blick in die frühe Entwicklung lebender Organismen: Alle Gewebe des Körpers gehen aus den drei Keimblättern hervor: dem Endoderm, dem Ektoderm und später dem Mesoderm. Im Zuge der Bildung von Organen wandern Zellen auch zwischen Keimblättern, müssen aber in dieser fremden Umgebung ihre typischen Eigenschaften und Fähigkeiten als Leber-, Muskel, oder Herzzelle bewahren. Gleichzeitig ist wichtig, dass sie auf die Signale in ihrer neuen Umgebung richtig reagieren. Diese beiden Prozesse müssen kontinuierlich und genau ausbalanciert werden. Shcherbata erläutert: „miRNAs scheinen extrem wichtige Regulatoren zu sein, damit Zellen dieser Balanceakt gelingt. In unserem Fall sind die Sehnenzellen epidermalen Ursprungs, jedoch von mesodermalem Gewebe umgeben. Die miR-9a stellt sicher, dass jede Zelle – ob im Muskel-Sehnen-Übergang oder im umgebenden Gewebe – ihr typisches Repertoire an Proteinen erhält und so ihre Aufgaben erfüllen kann. Die miRNAs verleihen damit biologischen Systemen Stabilität und Robustheit gegenüber Fehlern oder zufälligen Schwankungen.“

Originalpublikation:
A. S. Yatsenko, H. R. Shcherbata: Drosophila miR-9a targets the ECM receptor dystroglycan to canalize myotendinous junction formation. Dev Cell 28, 335-348 (2014).
Kontakt:
PD Dr. Halyna Shcherbata, Max-Planck-Forschungsgruppe Genexpression und Signalwirkung
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen
Tel.: +49 551 201-1656
E-Mail: halyna.shcherbata@mpibpc.mpg.de
Dr. Carmen Rotte, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen
Tel.: +49 551 201-1304
E-Mail: carmen.rotte@mpibpc.mpg.de
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de/de/shcherbata
- Webseite der Max-Planck-Forschungsgruppe Genexpression und Signalwirkung am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Dr. Carmen Rotte | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: 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...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise