Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optimierte Biosensoren zeigen Signalwege in einzelnen lebenden Zellen

14.08.2013
Forschende der Universität Basel haben einen Baukasten für die effiziente und schnelle Herstellung von Biosensoren entwickelt.

Die erfolgreiche Anwendung dieses Baukastenprinzips hat zur Optimierung von Biosensoren für zwei bestimmte Proteine geführt, wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift «Science Signaling» berichten. Die verbesserten Sensoren eignen sich für neue Fragestellungen in der Krebs- und neurobiologischen Forschung.


In wachsenden Neuriten wird RhoA in Filopodien aktiviert (rote Pfeile, links). Beim Kollaps von Neuriten (rechts) kommt es hingegen zur Ausbreitung der RhoA-Aktivierungszone.

Departement Biomedizin der Universität Basel

Biosensoren ermöglichen die Darstellung und Quantifizierung von biologischen Vorgängen in der Zelle. Anders als durch klassische biochemische Methoden können Biosensoren Signalwege sowohl räumlich als auch zeitlich in den einzelnen Zellen beschreiben – was tiefere Einblicke in die regulatorischen Mechanismen und dynamischen Vorgänge der lebenden Zelle möglich macht.

Prinzip des Fluoreszenz-Transfers

Biosensoren, die auf dem Prinzip des sogenannten Fluoreszenz-Resonanzenergietransfers (FRET) beruhen, sind dafür besonders geeignet. Dabei wird Energie über kurze Distanz von einem Fluorenszenzträger (Fluorophor) auf einen andern übertragen, der sie in Form von Licht wieder abgibt.

So lassen sich Biosensoren konstruieren, die an- und ausgeschaltet werden können: Im inaktiven Zustand tritt kein Transfer auf, da die Fluorophore zu weit voneinander entfernt sind. Wird der Sensor aber durch ein zelluläres Signal aktiviert, kommt es zu einer räumlichen Annäherung der beiden Fluorophore und zu einem Transfer. Somit dient das FRET-Signal als Nachweis eines bestimmten Signals in der Zelle.

Das Designen von Biosensoren ist kompliziert und langwierig, da die FRET-Effizienz immer wieder empirisch optimiert werden muss. Um dies zu vereinfachen, hat die Forschungsgruppe von Prof. Olivier Pertz vom Departement Biomedizin der Universität Basel ein Set von vorgefertigten Biosensoren hergestellt. Die Komponenten können einfach ausgetauscht werden, um Biosensoren für andere Signalproteine zu konstruieren. Mithilfe dieser Biosensor-Bibliothek wurde die Sensitivität von bereits bestehenden Sensoren für zwei Proteine – die kleine GTPase RhoA und für die Kinase ERK – wesentlich verbessert.

Einblicke in die Zelldynamik

Der optimierte RhoA-Sensor erlaubte es erstmals, die Aktivität dieses Proteins in sehr kleinen und dünnen Zellfortsätzen, den sogenannten Filopodien, zu messen. In neuronalen Zellen wurde gezeigt, dass beim Auswachsen von Neuriten in den Filopodien lediglich eine kleine, lokale RhoA-Population aktiviert wird. Kollabierte der Neurit, wurde hingegen eine grosse RhoA-Population aktiviert. Dies zeigt, dass unterschiedliche Subpopulationen von RhoA unterschiedliche Aspekte der Zelldynamik wie Neuritenwachstum oder -kollaps regulieren können, und zwar abhängig vom Ort der Aktivierung.

Der ebenso weiterentwickelte Biosensor für ERK konnte erfolgreich für die Analyse des Signalwegs dieses Proteins in lebenden Zebrafischen eingesetzt werden. Dieser Signalweg ist in vielen Tumoren dereguliert. Der neue Sensor könnte somit zur Untersuchung des Tumorwachstums und des Metastasierungsprozesses in Mausmodellen verwendet werden. Mit dem neuen ERK-Biosensor lassen sich zudem Tausende von individuellen Zellen einer Zellpopulation schnell und ohne grossen technischen Aufwand untersuchen. Damit könnte der Sensor die Basis für eine Plattform zum Testen von pharmakologischen Inhibitoren bieten. In solchen Screening-Experimenten liessen sich auch jene Tumorzellen identifizieren, die keine Sensitivität gegenüber den Inhibitoren zeigen und zur Therapieresistenz während der Chemotherapie führen könnten.

Originalbeitrag
R. D. Fritz, M. Letzelter, A. Reimann, K. Martin, L. Fusco, L. Ritsma, B. Ponsioen, E. Fluri, S. Schulte-Merker, J. van Rheenen, O. Pertz
A Versatile Toolkit to Produce Sensitive FRET Biosensors to Visualize Signaling in Time and Space

Sci. Signal. 6, rs12 (2013) | doi: 10.1126/scisignal.2004135

Weitere Auskünfte
Prof. Olivier Pertz, Departement Biomedizin der Universität Basel, Institut für Biochemie und Genetik, Tel. +41 61 267 35 41, E-Mail: olivier.pertz@unibas.ch
Weitere Informationen:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23882122 - Abstract

Christoph Dieffenbacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Berichte zu: Biomedizin Biosensor Filopodium Fluorophor Inhibitor Protein RhoA RhoA-Population Sensor Signalweg Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen
12.12.2017 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Undercover im Kampf gegen Tuberkulose
12.12.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017 | Förderungen Preise

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik