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 Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht
25.04.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Demographie beeinflusst Brutfürsorge bei Regenpfeifern
25.04.2018 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

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: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

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

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

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