Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Studie über funktionelle Vielfalt von Proteinen beim Menschen: Toleranz für fehlerhafte Proteine

05.09.2013
Kein Mensch ist wie der andere: Obwohl alle Menschen die gleichen Gene besitzen, weicht ihr DNA-Code an vielen Stellen voneinander ab.

Da die Gene den Bauplan für alle Proteine vorgeben, kommen auch die Proteine häufig in mehreren Varianten vor. Doch mit welchen Folgen? In einer aktuellen Studie untersuchten Forscher, wie sich Veränderungen in der DNA auf die Funktion der Proteine auswirken.

Das Ergebnis: Viele Proteinvarianten funktionieren nur eingeschränkt – ohne dass wir davon krank werden. Die Wissenschaftler vermuten daher, dass die funktionelle Vielfalt der Proteine eine wichtige Rolle bei der Evolution spielt.

Kleinste Veränderungen in der DNA können bewirken, dass eine falsche Aminosäure in ein Protein eingebaut wird. In manchen Fällen reicht dafür schon der Austausch eines einzigen Basen-Bausteins in der DNA, ein sogenannter SNP (Single Nucleotide Polymorphism).

„Viele dieser Punktmutationen bleiben folgenlos. Allerdings existieren im menschlichen Genom etwa 10.000 SNPs, die für den Einbau einer falschen Aminosäure sorgen. Und bei mindestens 2.000 davon ist auch die Funktion des Proteins gestört“, erklärt Prof. Yana Bromberg, vom Department für Biochemie und Mikrobiologie an der Rutgers University. „Zum Teil sind sehr wichtige Proteine betroffen und die Veränderungen so groß, dass wir uns fragen müssen, wie eine Person mit dieser Mutation gesund sein kann.“

Zudem unterscheiden sich zwei nicht-verwandte Individuen in Tausenden von Mutationen, die auch auf Proteinebene sichtbar sind. Bisher war unklar, welche Auswirkungen diese vielen Mutationen in den kodierenden Bereichen der DNA haben. Zusammen mit ihrem Kollegen Prof. Peter Kahn und Prof. Burkhard Rost, Leiter des Lehrstuhls für Bioinformatik an der Technischen Universität München (TUM), hat Bromberg diese „stillen“ Mutationen untersucht.

Stille Mutationen bedeutender als vermutet

„Wir fanden heraus, dass viele der Mutationen alles andere als ‚still’ sind“, fasst Rost das Ergebnis zusammen. Offenbar gibt es eine große Spannweite: Viele SNPs sind neutral und die Funktion des Proteins wird nicht beeinträchtigt. Manche verursachen krankmachende Funktionsstörungen. Rost: „Dazwischen gibt es eine Grauzone mit Proteinen, die eine eingeschränkte biologische Funktion haben, aber vom Organismus toleriert werden – also unmittelbar keine Krankheiten auslösen.“

Das Forscherteam analysierte über 1 Million SNPs aus verschiedenen DNA-Datenbanken. Mithilfe mathematischer Verfahren spielten sie durch, wie sich DNA-Mutationen auf den Aufbau und die Funktion der Proteine auswirken. Damit konnten sie viele Mutationen schnell und kostengünstig auf mögliche Effekte untersuchen.

Proteinvielfalt befeuert Evolution

Die Ergebnisse der Studie lassen vermuten, dass die Proteinfunktionen zwischen zwei Menschen stärker voneinander abweichen als bisher angenommen. „Menschen scheinen gut mit kleineren Funktionseinschränkungen leben zu können“, so Rost. Die Wissenschaftler ziehen daraus den Schluss, dass die große funktionelle Bandbreite der Proteine ein wichtiger Motor für die Evolution ist. Bromberg ergänzt: „Außerdem könnte die funktionelle Vielfalt neue Wege für eine personalisierte Medizin erschließen.“

Publikation:
Neutral and weakly nonneutral sequence variants may define neutrality; Yana Bromberg, Peter C. Kahn and Burkhard Rost, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States, doi:10.1073/pnas.1216613110 (http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1216613110)

Diese Forschungsarbeit wurde von der Alexander von Humboldt-Stiftung (Prof. Rost) und der Rutgers University School of Environmental and Biological Sciences (Prof. Bromberg, Prof. Kahn) gefördert.

Kontakt:
Prof. Dr. Burkhard Rost
Technische Universität München
Lehrstuhl für Bioinformatik
T: +49 89 289-17808
E: rost@tum.de
W: http://www.rostlab.org/
Dr. Yana Bromberg
Rutgers University
Department of Biochemistry and Microbiology
School of Environmental and Biological Sciences
T: +1 848 932-5638
E: YanaB@rci.rutgers.edu
W: http://www.bromberglab.org/

Dr. Ulrich Marsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/31036/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie