Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Signalmoleküle für die Ausbildung unterschiedlicher Zelltypen kontrolliert werden

03.12.2012
Wissenschaftler untersuchen Einfluss einer chemisch hergestellten Variante des Naturstoffs Indirubin

Die Regulation wichtiger Signalmoleküle, die für die Ausbildung unterschiedlicher Zelltypen von zentraler Bedeutung sind, kann durch eine chemisch hergestellte Variante des in der traditionellen chinesischen Medizin verwendeten Naturstoffs Indirubin beeinflusst werden. Das haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg gemeinsam mit Forschern aus Kaiserslautern und Jena nachgewiesen.

Mit ihren Forschungen konnten sie erstmals auch zeigen, dass die „Kontrolle“ dieser Signalmoleküle in der Zelle – es handelt sich um regulatorische SMAD-Proteine – nicht nur über die Regulation ihrer Aktivierung, sondern auch über die verfügbare Menge der Signalmoleküle im nicht-aktivierten Zustand erfolgt. Da mit diesen Prozessen nicht nur die zelluläre Differenzierung, sondern auch das Wachstum von Tumoren verbunden ist, ergibt sich aus den Untersuchungen ein neuer Ansatz sowohl für die Gewinnung von induzierten pluripotenten Stammzellen als auch für die Entwicklung von Tumortherapeutika. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Chemistry & Biology“ veröffentlicht.

Zelluläre Differenzierung entscheidet darüber, welche Funktionen von Zellen im Körper übernommen und durchgeführt werden können. Ihre präzise Regulation hat entscheidenden Einfluss auf die Embryonalentwicklung, spielt aber auch später eine wesentliche Rolle für die Aufrechterhaltung der Aktivität von Organen. Unter anderem ist es nach einer toxischen Schädigung wichtig, dass Zellen angemessen reagieren können, um den Schaden zu begrenzen und das Gewebe zu regenerieren. Dies erfordert eine enge Kommunikation zwischen den Zellen, die über eine Vielzahl von Signalmolekülen gesteuert wird. „Nur wenn alle Teile eines Signalwegs vorhanden sind, können Zellen mit einem abgestimmten Programm auf die Signale der Umgebung reagieren. Fehlt eine dieser Komponenten, wird die entsprechende zelluläre Antwort unterbunden“, erläutert Prof. Dr. Stefan Wölfl vom Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg.

Wie die zelluläre Differenzierung während der Embryonalentwicklung und auch im erwachsenen Organismus geregelt wird, hängt wesentlich von der Familie der TGFß/BMP-Wachstumsfaktoren ab. Vertreter dieser speziellen Signalmoleküle sind aber auch an der Entstehung und Ausbildung von Tumorerkrankungen beteiligt. Mit ihren Arbeiten konnten die Wissenschaftler jetzt zeigen, dass die Zellen selbst beeinflussen, wie empfindlich sie auf Wachstumsfaktor-Signale reagieren. Dies geschieht dadurch, dass die Verfügbarkeit der ergänzenden Signalmediatoren innerhalb der Zelle an die jeweilige Situation angepasst wird. Wie groß der Vorrat an diesen sogenannten regulatorischen SMAD-Proteinen (R-Smad-Proteine) in der Zelle ist, wird durch die Kontrolle ihrer Herstellung, insbesondere aber über eine Steuerung des Abbaus verändert. Dabei kommt ein spezielles System zum Einsatz, das in jeder Zelle vorhanden ist. Dieses Ubiquitin-Proteasom-System macht es möglich, dass zelluläre Proteine kontrolliert abgebaut werden.
Frühere Forschungsarbeiten haben bereits gezeigt, dass der Abbau aktivierter R-Smad-Proteine über das Ubiquitin-Proteasom-System erfolgt, wodurch es zu einem Abschalten der Signale kommt. „Unsere Ergebnisse belegen nun, dass auch der Vorrat an nicht-aktivierten R-Smad-Signalmediatoren streng kontrolliert wird. Dies verhindert, dass entsprechende äußere Signale ein internes Programm aktivieren“, so Prof. Wölfl. „Sind beispielsweise Tumorzellen bei ihrem Wachstum auf dieses Signal angewiesen, könnten diese Zellen am Überleben gehindert und möglicherweise sogar in den Zelltod getrieben werden, wenn sich die Signalmediatoren gezielt entfernen ließen.“ Wie der Wissenschaftler erläutert, sind R-Smad-Proteine zugleich wichtige Mediatoren der zellulären Differenzierung. „Eine Reduzierung oder das Entfernen dieser Signalmediatoren aus Stammzellen würde dazu führen, dass diese nicht mehr auf Differenzierungssignale reagieren können und folglich ihre Stammzelleigenschaften behalten müssten.“

In ihren Untersuchungen haben die Wissenschaftler mit einer von ihnen chemisch hergestellten Variante des Naturstoffs Indirubin gearbeitet. Dabei hat sich gezeigt, dass dieses Indirubin-Derivat in menschlichen Zellen zu einem Abbau der R-Smad-Proteine führt. Auf diese Weise werden die durch TGFß/BMP-Wachstumsfaktoren vermittelten Signale blockiert. Dabei greift der Ableger des Indirubins in verschiedene Prozesse ein, die alle dazu beitragen, dass sich die Konzentration der R-Smad-Proteine in der Zelle verringert. Reduziert wird dabei insbesondere die Aktivität von spezifischen regulierenden Enzymen, sogenannten Ubiquitin-Proteasen, die Proteine vor dem Abbau im Ubiquitin-Proteasom-System schützen.

Die Arbeiten wurden im Rahmen eines Verbundprojektes im Förderschwerpunkt Medizinische Systembiologie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert. Das Forscherteam am Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg hat dabei mit Wissenschaftlern der Technischen Universität Kaiserslautern und des Universitätsklinikums Jena sowie des Instituts für Humangenetik des Universitätsklinikums Heidelberg zusammengearbeitet.

Originalpublikation:
X. Cheng, H. Alborzinia, K.H. Merz, H. Steinbeisser, R. Mrowka, C. Scholl, I. Kitanovic, G. Eisenbrand, S. Wölfl: Indirubin Derivatives Modulate TGFβ/BMP Signaling at Different Levels and Trigger Ubiquitin-Mediated Depletion of Nonactivated R-Smads, Chemistry & Biology, Volume 19, Issue 11, 21 November 2012, Pages 1423-1436,
doi: 10.1016/j.chembiol.2012.09.008

Kontakt:
Prof. Dr. Stefan Wölfl
Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie
Telefon (06221) 54-4878, wolfl@uni-hd.de

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

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten