Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

25 Prozent der Proteinschalter arbeiten nach der inneren Uhr der Zelle

11.01.2017

Zirkadian ist die lateinische Bezeichnung für „ungefähr ein Tag“. Der zirkadiane Rhythmus hat sich entwickelt, damit sich unser Leben an die täglichen Umweltveränderungen anpassen kann: am Tag ist es hell und wärmer und nachts ist es dunkel und kühler. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried haben jetzt mithilfe der Massenspektrometrie gezeigt, dass diesem Rhythmus mehr als 25 Prozent der molekularen Proteinschalter in Mausleberzellen folgen. Diese rhythmischen Schalter sind Bindungsstellen für Phosphatmoleküle, welche die Funktion der Proteine, und somit alle täglichen Stoffwechselvorgänge in den Zellen regulieren und ausüben.

Matthias Mann, Leiter der Abteilung „Proteomics und Signaltransduktion“ am Max-Planck-Institut für Biochemie hat zusammen mit seiner Arbeitsgruppe in den letzten Jahren die Massenspektrometrie für die klinische Anwendung optimiert. Damit können die Gesamtheit der Proteine in Zellen und Geweben qualitativ und quantitativ untersucht werden.


25 Prozent der molekularen Proteinschalter sind im Rhythmus der inneren Uhr einer Zelle aktiv. Dies konnte jetzt mithilfe der Massenspektrometrie an Leberzellen von Mäusen gezeigt werden.

Illustration: Max Iglesias © MPI für Biochemie

Zusätzlich können mit der Massenspektrometrie die sogenannten Phosphorylierungsstellen an Proteinen bestimmt werden. Hier können Phosphatmoleküle binden und die Struktur des Proteins leicht verändern. Dabei funktionieren die Phosphatmoleküle wie kleine Protein-Schalter, welche die Aktivität und Funktion der Proteine ändern.

Diese Methode nutzten die Forscher nun um die Frage zu klären, ob diese Phosphatschalter durch die „Innere Uhr“, dem sogenannten zirkadianen Rhythmus der Zelle gelenkt werden. Charo Robles, Leiterin der Studie erklärt: „Die zirkadiane Uhr ist ein innerer Taktgeber der Zellen.

Die Rotation der Erde führt zu sich periodisch ändernden Umweltbedingungen, wie dem Tag-Nacht-Rhythmus, der Einfluss auf lebende Organismen hat. Die „innere Uhr“ erlaubt der Zelle, die permanenten Änderungen der Umwelt vorherzusehen, damit sie sich anpassen kann, um so die täglichen Stoffwechselprozesse zu regulieren.“

In der Vergangenheit wurde schon herausgefunden, dass das ein großer Teil des Transkriptoms, also eine große Menge der Boten-RNA, die den Bauplan der Proteine enthält und ein Teil des Proteoms, eine große Menge der Proteine, dem zirkadianen Rhythmus unterliegen. In dieser Studie wurde jetzt das Phosphoproteom untersucht, die Phosphatbindungsstellen an den Proteinen, in Leberzellen von Mäusen.

„Während ungefähr 10 Prozent der Boten-RNA und Proteine vom zirkadianen Rhythmus abhängen, konnten wir jetzt zeigen, dass 25 Prozent der Protein-Schalter, also Phosphorylierungen, im Verlaufe eines Tages-Nacht-Zyklus spezifisch in Leberzellen von Mäusen an- oder abgeschaltet sind“, sagt Robles. „Dies ist vergleichbar mit dem Alltag beim Menschen: Morgens im Büro wird der Computer an und abends zum Feierabend wieder ausgeschaltet. Wieder zu Hause wird dann zum Beispiel der Fernseher angeschaltet.“

Mit der Massenspektrometrie kann jetzt das komplexe Netzwerk der Proteinschalter entschlüsselt werden. „Wir analysieren nicht nur einen Schalter sondern sehen, wann in einer ganzen Stadt, welche Schalter betätigt werden.“ Die Forscher konnten zeigen, dass mehr als 20.000 Phosphorylierungs-Stellen dem Tag-Nacht-Rhythmus unterliegen. Einige Schalter wurden erst jetzt durch die Studie identifiziert.

Mit diesem Wissen, wann bestimmte Proteine aktiv sind, könnte die sogenannte „Chronotherapie“ vorangetrieben werden. Bestimmte zelluläre Prozesse oder ganze Organe sind im Verlaufe eines Tages mehr oder weniger aktiv. Dies hat Einfluss auf die Wirksamkeit und Verträglichkeit von Medikamenten. „Wenn wir wissen, wann bei einem individuellen Patienten bestimmte Signalwege aktiv sind, können wir die Behandlung von Krankheiten optimieren, indem wir zur rechten Zeit ein Medikament geben“, schaut Robles in die Zukunft.

Originalpublikation:
M.S. Robles, S.J. Humphrey & M. Mann: “Phosphorylation is a central mechanism for circadian control of metabolism and physiology”. Cell Metabolism, 2016
DOI: 10.1016/j.cmet.2016.10.004

Kontakt:
Prof. Dr. Matthias Mann
Proteomics und Signaltransduktion
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
E-Mail: mmann@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de/mann

Dr. Christiane Menzfeld
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
Tel. +49 89 8578-2824
E-Mail: pr@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.biochem.mpg.de - Webseite des Max-Planck-Institutes für Biochemie
http://www.biochem.mpg.de/mann - Webseite der Abteilung von Matthias Mann

Dr. Christiane Menzfeld | Max-Planck-Institut für Biochemie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Wirkstoff aus dem Regenwald
14.11.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Was das Meer zur Klimaregulierung beiträgt: Neue Erkenntnisse helfen bei der Berechnung
14.11.2018 | Jacobs University Bremen gGmbH

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: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Im Focus: Graphen auf dem Weg zur Supraleitung

Doppelschichten aus Graphen haben eine Eigenschaft, die ihnen erlauben könnte, Strom völlig widerstandslos zu leiten. Dies zeigt nun eine Arbeit an BESSY II. Ein Team hat dafür die Bandstruktur dieser Proben mit extrem hoher Präzision ausgemessen und an einer überraschenden Stelle einen flachen Bereich entdeckt. Möglich wurde dies durch die extrem hohe Auflösung des ARPES-Instruments an BESSY II.

Aus reinem Kohlenstoff bestehen so unterschiedliche Materialien wie Diamant, Graphit oder Graphen. In Graphen bilden die Kohlenstoffatome ein zweidimensionales...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

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

Automatisierte Klebfilmablage und Stringerintegration für den Flugzeugbau

14.11.2018 | Materialwissenschaften

Wie Algen und Kohlefasern die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre nachhaltig senken könnten

14.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Was das Meer zur Klimaregulierung beiträgt: Neue Erkenntnisse helfen bei der Berechnung

14.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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