Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zerstörerische Proteine - Wie schädliche Eiweiß-Ablagerungen bei Amyloidose entstehen

12.07.2017

Proteine zählen eigentlich zu den grundlegenden Bausteinen des Lebens. Doch körpereigene Eiweißmoleküle können mitunter tödlich verlaufende Krankheiten auslösen. Bei Erkrankungen wie den Amyloidosen lagern sich Proteine in den Zellzwischenräumen ab und schädigen damit lebenswichtige Organe wie Leber, Niere und Milz. Die abgelagerten Proteine nehmen dabei eine abnormale faserartige Struktur an und bilden sogenannte Amyloid-Fibrillen. Wissenschaftler der Universität Ulm konnten nun auf zellulärer Ebene zeigen, wie sich diese schädlichen Eiweißfasern aus bestimmten Vorläuferproteinen bilden.

„Die Systemische Amyloidose (Typ AA) war bis vor 50 Jahren die mutmaßlich häufigste Proteinfaltungskrankheit weltweit“, erklärt Professor Marcus Fändrich, Leiter des Instituts für Proteinbiochemie an der Universität Ulm. Sie wird durch chronische Entzündungen hervorgerufen und ist hierzulande meist assoziiert mit entzündlichen Vorerkrankungen wie rheumatoider Arthritis, Colitis ulcerosa oder Morbus Crohn, global betrachtet jedoch eher mit Infektionserkrankungen wie Lepra oder Tuberkulose.


Fluoreszenz-mikroskopische Aufnahme von amyloidbildenden Zellen. Die Ablagerungen entstehen zuerst innerhalb der Zellen;

Quelle: Institut für Proteinbiochemie


Stephanie Claus führt im Institut für Proteinbiochemie zellbiologische Untersuchungen durch;

Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm

Ursächlich für die Bildung krankhafter Amyloid-Ablagerung sind Fehler bei der Proteinfaltung. Das heißt: An sich löslichen Proteine verklumpen zu unlöslichen Eiweißfasern und lagern sich zwischen den Zellen ab. Dieser Prozess schreitet schließlich soweit fort, bis die Amyloid-Ablagerungen die Architektur der Gewebe auflösen und die Funktion der befallenen Organe zerstören.

Die Ulmer Wissenschaftler haben im Zuge einer Studie, die jüngst in der renommierten Zeitschrift EMBO-Reports veröffentlicht wurde, herausgefunden, wie sich aus einem Fibrillen-Vorläufer-Protein krankmachende Eiweißfasern entwickeln. Genauer gesagt, ging es dabei um das so genannte Serum-Amyloid-A (SAA) Protein, das im Körper beispielsweise bei unspezifischen Immunreaktionen gebildet wird.

„Sowohl die Fibrillen-Vorläufer-Proteine als auch die faserartigen Ablagerungen selbst finden sich außerhalb der Zellen, also im Zellzwischenraum. Und doch sind es die Vorgänge, die in der Zelle ablaufen, die für die Fibrillenbildung letztendlich entscheidend sind“, fasst der Biochemiker die Ergebnisse grob vereinfacht zusammen. Daher lässt sich dieser Prozess auch nicht so ohne weiteres im Reagenzglas (in vitro) nachbilden. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Makrophagen. Die auch als Fresszellen bekannten Immunzellen geben bei Aktivierung kontinuierlich Gefahrensignale ab und sind an vielen chronischen Entzündungsprozessen beteiligt.

Für ihre Studie haben die Ulmer Forscher Makrophagen-ähnliche Zellen kultiviert und mit deren Hilfe untersucht, über welche zellulären Mechanismen die Bildung und Ablagerung von Amyloid-Fibrillen von statten geht. Diese Zelllinien wurde dann natürlichen Konzentrationen von Protein Serum-Amyloid-A 1 (SAA1) ausgesetzt. Zellbiologische und biophysikalische Verfahren wie die Fluoreszenzmikroskopie brachten dabei einen mehrstufigen Prozess ans Licht.

Durch Endozytose wird das Protein in die Zelle eingeschleust, wo es in membranumschlossenen Bläschen nachgewiesen werden kann. Gelangt dabei mehr SAA-Protein in die Zelle, als diese mit Hilfe spezieller Organellen verdauen kann, beginnt das SAA-Protein zu aggregieren und bildet Amyloid-Fibrillen. Den Verdauungsorganellen bekommen diese faserartigen Eiweißaggregate überhaupt nicht, sie reißen auf – und mit sich die ganze Zelle in den Tod.

Die Reste der toten Makrophagen formieren sich darauf hin zu Zellklumpen. Dort wo die Amyloid-Fibrillen aus den zerstörten Zellen austreten, lagern sich dann immer mehr von diesen schädlichen Proteinfasern als Plaques ab. Beteiligt an den Untersuchungen waren Professor Paul Walther, Leiter der Zentralen Einrichtung für Elektronenmikroskopie, und Professor Thomas Simmet, Ärztlicher Direktor des Instituts für Naturheilkunde und klinische Pharmakologie.

„Das Amyloid aus den Zellen wird damit zum Keim für die fortschreitende Bildung und Ablagerung von Fibrillen außerhalb der Zellen“, sagt Stephanie Claus. Die Doktorandin, die bei Professor Fändrich promoviert, ist Erstautorin der Studie. Doch die gefundenen Resultate sind nicht nur für Amyloidose-Forschung relevant, sondern haben darüber hinaus weitere medizinische Relevanz.

„Schließlich spielen Amyloid-Bildungsprozesse auch bei Erkrankungen wie Morbus Alzheimer und der Creutzfeld-Jakob-Krankheit eine Schlüsselrolle“, resümiert Institutsleiter Professor Marcus Fändrich, der seit Jahren selbst zur Biochemie und Proteinfaltung des Alzheimer-Auslösers Amyloid β forscht. Gefördert wurde die Studie von der International Graduate School in Molecular Medicine Ulm (IGradU) sowie von der Carl Zeiss-Stiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Marcus Fändrich, Leiter des Instituts für Proteinbiochemie; E-mail: marcus.faendrich@uni-ulm.de; Tel.: 0731 / 50 32 750;
Stephanie Claus; E-Mail: stephanie.claus@uni-ulm.de; Tel.: Tel: 0731/50 32766;

Literaturhinweis:
Claus S, Meinhardt K, Aumüller T, Puscalau-Girtu I, Linder J, Haupt C, Walther P, Syrovets T, Simmet T, Fändrich M: Cellular mechanism of fibril formation from serum amyloid A1 protein; in: EMBO Reports 2017 Jun 21 doi: 10.15252/embr.201643411. [Epub ahead of print];
http://embor.embopress.org/content/early/2017/06/21/embr.201643411

Text und Medienkontakt: Andrea Weber-Tuckermann

Weitere Informationen:

http://embor.embopress.org/content/early/2017/06/21/embr.201643411

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

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

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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