Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Need for Speed: Bewegungsmessungen im Zellkern mit Hochgeschwindigkeit

03.12.2012
Heidelberger Wissenschaftler untersuchen Wechselwirkungen zwischen Proteinen und DNA in lebenden Zellen

Mit einer neuen Messmethode ist es Heidelberger Wissenschaftlern gelungen, Wechselwirkungen zwischen Proteinen und DNA im Zellkern mit einer Zeitauflösung von einer tausendstel Sekunde zu verfolgen.


Mikroskopie-Aufnahmen nach Bleichen der Fluoreszenz in einem kreisförmigen oder rechteckigen Bereich. Die dunklen „Schatten“ stellen gebleichte Proteine dar, die sich während der Bildaufzeichnung bewegt hatten.

Abbildungsnachweis: Fabian Erdel und Karsten Rippe

Gemessen werden konnte damit in lebenden Zellen die Bindung hochspezialisierter Proteinkomplexe, die die räumliche Struktur der Erbinformation gezielt verändern und so das Auslesen der DNA-Information kontrollieren.

Die Arbeiten von Privatdozent Dr. Karsten Rippe und seinem Team wurden am BioQuant-Zentrum der Universität Heidelberg und am Deutschen Krebsforschungszentrum durchgeführt. Ihre Forschungen haben gezeigt, dass die Positionierung von Nukleosomen – dies sind Komplexe aus DNA-Strängen und speziellen Proteinen – ein genau geregelter molekularer Prozess ist. Eine Fehlregulation kann mit verschiedenen Krebsarten in Verbindung gebracht werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Im menschlichen Genom sind die DNA-Stränge um bestimmte Verpackungsproteine – die Histone – gewickelt. Zwischen diesen als Nukleosomen bezeichneten Komplexen befinden sich DNA-Bereiche, die frei von Histonen sind und die die Nukleosomen wie auf einer Perlenkette verbinden. „Die Aktivierung eines Gens erfordert frei zugängliche DNA. Wird die entsprechende DNA im Nukleosom verdeckt, ist das Gen oft abgeschaltet“, erläutert Dr. Rippe. „So geben die Positionen der Nukleosomen das Auslesemuster der DNA-Sequenz vor. Die freie DNA zwischen zwei Nukleosomen ist leichter zugänglich als die DNA-Bereiche in einem Nukleosom.“ Molekulare Maschinen, sogenannte Chromatin Remodeler, können unter Energieverbrauch Nukleosomen entlang der DNA-Kette verschieben. Dadurch etablieren sie Auslesemuster, die zusammen mit anderen Faktoren das aktive DNA-Programm der Zelle bestimmen.

Die Wissenschaftler um Karsten Rippe untersuchen mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie-Verfahren, wie die Chromatin Remodeler das Auslesen der Erbinformation steuern. Dabei konnten sie messen, dass in einer menschlichen Zelle die meisten der rund eine Million Chromatin Remodeler immer wieder nur kurz an ein Nukleosom binden, um zu testen, ob alle rund 30 Millionen Nukleosomen in der richtigen Position sind. Um die Arbeitsweise dieser molekularen Maschinen verstehen zu können, war eine neue Messmethode erforderlich.

„Wir mussten kurze Bindungsereignisse mit einer Auflösung von einer tausendstel Sekunde aufzeichnen und gleichzeitig auch die selten auftretenden Reaktionen mit einer Bindungszeit von mehreren Sekunden oder gar Minuten nachweisen“, erläutert Karsten Rippe. Aus einer Idee des Doktoranden Fabian Erdel entstand dafür die Methode 3PEA für „Pixel-wise Photobleaching Profile Evolution Analysis“, die für Messungen in lebenden Zellen eingesetzt werden kann.

In seinen Experimenten brachte Fabian Erdel die künstliche Fluoreszenzmarkierung der Chromatin Remodeler durch Laserbestrahlung zum Erlöschen. Dabei beobachtete er, dass durch die so „gebleichten“ Proteine ein „Schatten“ entstand, wenn sie sich während der Aufzeichnung des Bildes bewegten. Die Form dieses Schattens hing davon ab, wie stark die Bewegung der Chromatin Remodeler durch Bindung an Nukleosomen verlangsamt wurde. „Es war nicht einfach, das Schattenbild in die Bindungsdauer umzurechnen, aber die Mühe hat sich gelohnt: Unsere Methode hat neue vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten, weil wir damit die Bindung von Proteinen in lebenden Zellen sehr schnell und sehr genau messen können“, erklärt Fabian Erdel.

Mithilfe von 3PEA-Messungen haben die Forscher gezeigt, dass sich ein einzelner Chromatin Remodeler innerhalb nur einer Sekunde fast durch den gesamten Zellkern bewegt und dabei über 300 Nukleosomen testet – meistens ohne aktiv zu werden. Nur manchmal bindet die molekulare Maschine für einige Sekunden oder sogar Minuten an ein Nukleosom, um es dann auf der DNA zu verschieben. In einem nächsten Schritt will die Forschungsgruppe von Dr. Rippe die Signale entziffern, die die Chromatin Remodeler an bestimmten Stellen des Genoms aktivieren.

Informationen im Internet sind unter http://malone.bioquant.uni-heidelberg.de zu finden.

Originalveröffentlichung:
F. Erdel, K. Rippe: Quantifying transient binding of ISWI chromatin remodelers in living cells by pixel-wise photobleaching profile evolution analysis, PNAS, 20 November 2012, vol. 109, no. 47, E3221-3230 (online 5 November 2012, doi:10.1073/pnas.1209579109).

Kontakt:
Privatdozent Dr. Karsten Rippe
BioQuant, Telefon (06221) 54-51376
karsten.rippe@bioquant.uni-heidelberg.de

Universität Heidelberg
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://malone.bioquant.uni-heidelberg.de
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten
08.12.2016 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Herz-Bindegewebe unter Strom
08.12.2016 | Universitäts-Herzzentrum Freiburg - Bad Krozingen

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: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops