Die Kopplung unterbrechen

Informationen der Proteine: Eine Unterbrechung in diese Kopplung, der Allosterie, führt dazu, dass Signale nicht weitergeleitet werden.
Abbildung: Gerhard Stock, Steffen Wolf

Echtzeitbeobachtung von Signalübertragung in Proteinen liefern neue Erkenntnisse für Medikamentenforschung.

Proteine geben innerhalb des menschlichen Körpers Informationen und Signale, indem sie ihre Strukturen verändern: So binden zum Beispiel Hormone an für sie vorgesehene Zielproteine, wodurch sie dort eine Strukturveränderung hervorrufen, die wiederum an anderer Stelle auf der Oberfläche des Proteins neue Bindestellen für andere Proteine bildet. Diese Kopplung von unterschiedlichen, voneinander entfernten Bindestellen bezeichnen Forschende als Allosterie. Eine Unterbrechung dieser Kopplung führt dazu, dass Signale nicht weitergeleitet werden.

Das kann durch gezielt dafür designte Moleküle erreicht werden, die dadurch pharmakologische Wirkung als Schmerzmittel oder Chemotherapeutikum erhalten. Um solche Moleküle zu bauen, müssen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die möglichen Mechanismen von Allosterie kennen. Ein Team um Prof. Dr. Gerhard Stock aus der Arbeitsgruppe Biomolekulare Dynamik am Physikalischen Institut der Universität Freiburg und Prof. Dr. Peter Hamm vom Institut für Chemie der Universität Zürich/Schweiz liefern in der Fachzeitschrift PNAS dafür wichtige Einblicke.

Die Forschenden haben zeitaufgelöst allosterische Veränderungen im Testprotein PDZ2 verfolgt, die durch die Bindung eines so genannten Liganden hervorgerufen werden – also eines Stoffes, der in der Lage ist, an ein Zielprotein anzudocken. Die Arbeitsgruppe der Universität Zürich führte hierzu zeitaufgelöste Vibrationsspektroskopie durch, die Physikerinnen und Physiker der Albert-Ludwigs-Universität simulierten am Tübinger Großrechner BinAC die entsprechenden Veränderungen auf atomistischer Ebene.

Durch diese Kombination konnten die Wissenschaftler mit atomarer Auflösung und einem Zeitskalenbereich von Pico- bis Mikrosekunden nachvollziehen, wie eine Veränderung des Ligandenbindungsmodus durch das Protein läuft. Diese Echtzeitbeobachtung der Signalübertragung in Proteinen zeigte: Grundlage der Allosterie sind die Veränderungen sowohl der Struktur als auch der Dynamik des Proteins, die über hierarchische Zeitskalen verläuft. Deshalb braucht eine strukturelle Veränderung in etwa zehnmal länger als eine ihr vorangehende Veränderung.

Originalpublikation:
Bozovic, O., Zanobini, C., Gulzar, A., Jankovic, B., Buhrke, D., Post, M., Wolf, S., Stock, G., Hamm, P. (2020): Real-time observation of ligand-induced allosteric transitions in a PDZ domain. In: PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2012999117

Kontakt:
Prof. Dr. Gerhard Stock
Physikalisches Institut
Fakultät für Mathematik und Physik
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5750
gerhard.stock@physik.uni-freiburg.de

Originalpublikation:

https://www.pnas.org/content/early/2020/10/02/2012999117

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2020/die-kopplung-unterbrechen

Media Contact

Nicolas Scherger Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Mit Lasern in eine mobile Zukunft

Das EU-Infrastrukturprojekt NextGenBat hat ambitionierte Ziele: Die Performance von mobilen Energiespeichern wie Batterien soll mit neuen Materialien und laserbasierten Herstellungsverfahren enorm gesteigert werden. Zum Einsatz kommt dabei ein Ansatz zur…

Aufbruch in die dritte Dimension

Lassen sich auch anspruchsvolle Metallbauteile in Serie produktiv und reproduzierbar 3D-drucken? Forschende aus Aachen bejahen diese Frage: Sie transferierten am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das zweidimensionale Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA auf…

Motorenforscher starten Messkampagne mit klimaneutralem Wasserstoff

„Wasserstoff und daraus erzeugte synthetische Kraftstoffe werden ein zentraler Baustein der maritimen Energiewende sein“, davon ist Professor Bert Buchholz von der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock fest…

Partner & Förderer