Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photopharmakologie - Schmerzrezeptor mit Lichtsteuerung

26.05.2015

LMU-Wissenschaftlern ist es gelungen, eine Serie von Molekülen zu entwickeln, mit denen Schmerzempfindungen lichtabhängig gesteuert werden können.

Sei es der Griff auf die heiße Herdplatte oder der Biss in eine Chilischote: Der Rezeptor TRPV-1 spielt bei der anschließenden Schmerzempfindung eine wichtige Rolle. Er wird hauptsächlich in schmerzwahrnehmenden Nervenzellen gebildet und von mehreren chemischen und physikalischen Reizen aktiviert – neben Chilischärfe und Hitze unter anderem auch durch elektrische Spannung, Spinnengifte und Säuren.

„Auf Licht reagiert er von Natur aus allerdings nicht“, sagt Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik, dem es nun mit seinem Team trotzdem gelang, diesen Schmerzrezeptor mithilfe lichtsensitiver Moleküle präzise steuerbar zu machen.

Der Neurorezeptor TRPV-1 ist in die Zellmembran eingebaut und schleust als Kationenkanal positiv geladene Ionen in das Zellinnere, wenn er aktiviert wird. Damit verschiebt sich die Ladungsverteilung zwischen Innen und Außen und es entsteht ein elektrischer Reiz, durch den das Schmerzsignal weitergeleitet wird.

„TRPV-1 wird auch von zahlreichen Lipiden aktiviert, insbesondere von Fettsäuren mit einem bestimmten Strukturelement, einer sogenannten Vanilloid-Kopfgruppe“, sagt Trauner, „der Grad der Aktivierung ist dabei von Länge und Sättigungsgrad der Fettsäuren abhängig und sehr variabel“. Diese Eigenschaft macht die Fettsäuren zu einem idealen Ausgangsstoff, um Fotoschalter zu entwickeln, die TRPV-1 mithilfe von Licht unterschiedlich stark stimulieren.

Bibliothek für Fotoschalter

Trauners Team gelang es, einen Fotoschalter in die Fettsäurekette einzubauen, der seine Struktur je nach Wellenlänge des Lichts, dem er ausgesetzt ist, ändert. „Dadurch designten wir eine ganze Bibliothek verschiedener lichtsensitiver Fettsäuren die als Bausteine für komplexe fotoschaltbare Fette dienten“, sagt Trauner.

„Durch die Modifizierung dieser Bausteine mit einer Vanilloid-Kopfgruppe synthetisierten wir eine Serie aus sechs Verbindungen, die wir AzCAs nannten und die eine abgestufte lichtgesteuerte Kontrolle des Schmerzrezeptors möglich machten“.

Die neuen Moleküle können die von schmerzregulierenden Neuronen weitergeleiteten Signale mit bisher unerreichter Präzision steuern. Möglicherweise eröffnen sie daher neue Chancen in der Schmerztherapie, etwa um den Ionenkanal für Lokalanästhetika zu öffnen, oder um Nervenzellen durch einen Dauerreiz abzustumpfen und unempfindlicher zu machen. Dass die Reizweiterleitung auch in komplexen Geweben beeinflusst werden kann, konnten die Forscher in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Gary Lewin (Max-Delbrück Centrum, Berlin) im Tiermodell bereits zeigen.

„Zusätzlich zur Präzision beeindruckte uns besonders auch die Geschwindigkeit der Reaktion“, sagt Trauner. Die Substanz Capsaicin, die der Chilischote ihre Schärfe gibt, etwa aktiviert TRPV-1 ebenfalls, baut aber im Vergleich zu den AzCas ihre Wirkung nur langsam auf und muss wieder ausgeschieden werden, bevor TRPV-1 zum Ausgangszustand zurückkehren kann.

Im Gegensatz dazu können die AzCAs in ihrem deaktivierten Zustand eingebracht und dann mit ultraviolettem Licht aktiviert werden. Ein blauer Lichtblitz schaltet das Molekül wieder aus, sodass die Schmerzempfindung wie mit einem Lichtschalter an- und ausgeschalten werden kann.

Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler ihre neuen fotoschaltbaren Moleküle in noch komplexeren neuronalen Systemen sowie in vivo testen. „Außerdem arbeiten wir an der Entwicklung von Fotoschaltern, die auf Rotlicht reagieren und uns so ermöglichen würden, tieferliegende Gewebeschichten zu erreichen“, sagt Trauner, „ein weiteres Projekt ist es, unsere lichtsensitiven Fettsäure-Bausteine auch in komplexere Lipide einzubauen und so möglicherweise auch andere Proteine und Zellfunktionen optisch zu kontrollieren“.
göd

Publikation:
Photoswitchable Fatty Acids Enable Optical Control of TRPV1
Nature Communications 2015
http://www.nature.com/ncomms/2015/150522//ncomms8118/full/ncomms8118.html

Kontakt:
Dirk Trauner
Professor of Chemical Biology
Department of Chemistry • University of Munich
Tel: +49 (0)89 2180-77800
Fax: +49 (0)89 2180-77972
http://www.cup.uni-muenchen.de/oc/trauner

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

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...

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

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie