Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die "dunkle Materie" im Protein-Universum

24.11.2015

Bioinformatiker der TUM sind Strukturen der dunklen Proteine auf der Spur

Ob Antikörper, Enzym oder Transportstoff: Proteine haben lebenswichtige Funktionen. Zwar können Wissenschaftler die dreidimensionale Struktur vieler Proteine zumindest teilweise aufklären. Doch für viele Protein-Bausteine oder sogar ganze Eiweißmoleküle wurde die Struktur noch nicht bestimmt. Diese "dunklen Proteine" könnten eine Schlüsselrolle für das Verständnis von Krankheiten spielen.


Nicht für alle Proteine ist die dreidimensionale Struktur bekannt. (Foto: petarg/fotolia)

Ein Team internationaler Wissenschaftler mit Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) ist dem Geheimnis des "dunklen Proteoms" mit den Methoden der Bioinformatik einen Schritt näher gekommen. Proteinforschung und Biomedizin bilden einen Forschungsschwerpunkt der TUM.

15 Prozent der Masse eines durchschnittlichen Menschen: So groß ist der Anteil aller Proteine, das sogenannte Proteom. Die Eiweißmoleküle übernehmen essentielle Aufgaben im Körper und den Zellen. Sie bringen Stoffwechselprozesse in Gang, helfen bei der Abwehr von Krankheiten und sorgen für den Transport lebenswichtiger Stoffe.

Die dreidimensionale Struktur ist entscheidend für die Funktion dieser Proteine. Doch es existieren Proteine, die sich vollständig oder in bestimmten Bereichen von jeder bisher experimentell nachgewiesenen Struktur unterscheiden. Ihre Struktur kann daher nicht modelliert werden.

Forscher fassen diese Proteine und Protein-Bausteine unter dem Begriff "dunkle Proteine" und in der Gesamtheit als "dunkles Proteom" zusammen, in Anlehnung an die dunkle Materie im Weltall. Bisher war unter anderem noch nicht bekannt, wie viele der Proteine zum dunklen Proteom gehören.

Die Hälfte des Proteoms ist dunkel

Gemeinsam mit der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) in Sydney und der Universität Lissabon hat Andrea Schafferhans vom Lehrstuhl für Bioinformatik der TUM (Prof. Burkhard Rost) die Eigenschaften des "dunklen Proteoms" untersucht. Aus verschiedenen Datenbanken filterten die Wissenschaftler dazu Informationen, brachten sie in Verbindung miteinander und werteten die Daten aus.

Die Datenbank "Aquaria", ein Gemeinschaftsprojekt der CSIRO und der TUM, spielte dabei eine wichtige Rolle. Die Webseite ging Anfang 2015 online und bietet allen Forschern die Möglichkeit, sich die 3D-Struktur von Proteinsequenzen berechnen zu lassen. Dabei greift die Datenbank auf bereits vorhandene Strukturen zurück und erstellt das wahrscheinlichste Modell. Mithilfe der Webseite konnten die Forscher erkennen, welche Protein-Strukturen tatsächlich "dunkel" sind.

Das Ergebnis: Die Hälfte des Proteoms aller Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen – wozu auch der Mensch zählt – gehört zum "dunklen Proteom". "Davon wiederum ist knapp die Hälfte strukturell völlig unbekannt", sagt Schafferhans.

Wenig Verwandte, kaum Wechselwirkungen mit anderen Proteinen

Außerdem konnten die Forscher folgende Eigenschaften für die dunklen Proteine bestimmen: Die meisten der "dunklen Proteine" sind kurz, haben nur wenige Interaktionen mit anderen Proteinen, werden häufig ausgeschieden und besitzen nur wenige evolutionäre Verwandte.

Weiterhin stellten die Wissenschaftler fest, dass einige der bisherigen Annahmen über die "dunklen Proteine" falsch waren. So gehören sie mehrheitlich nicht zu den ungeordneten Proteinen. Letztere nehmen erst ihre eigentliche Struktur an, wenn sie eine Funktion erfüllen. In der restlichen Zeit liegen sie in einer anderen Form vor. Auch handelt es sich bei den "dunklen Proteinen" nicht größtenteils um Proteine, die sich in einer Membran befinden. Membranen grenzen Zellbestandteile oder auch gesamte Zellen voneinander ab. Beide Punkte waren bislang Erklärungen dafür, dass die dunklen Proteine schwer strukturell bestimmbar sind.

Mit ihren Ergebnissen, die im  Fachjournal "Proceedings of the National Academy of Sciences" veröffentlicht sind,  haben die Forscher eine wichtige Grundlage geschaffen, um die geheimnisvollen Eiweißmoleküle in Zukunft besser analysieren zu können. Die Forscher wollen außerdem das "dunkle Proteom" mehr in den Fokus der Aufmerksamkeit rücken. Dort könnten Proteine zu finden sein, die eine Schlüsselrolle für die Gesundheit des Menschen spielen.

Hintergrund:
Die TUM verknüpft im Forschungsschwerpunkt Biomedizin Grundlagen- und Anwendungsforschung. Zum Konzept gehören die Forschungsneubauten TUM Center for Functional Protein Assemblies (CPA), das Bayerische Kernresonanzzentrum, das Zentralinstitut für translationale Krebsfoschung der TUM (TranslaTUM) und das Forschungszentrum für Multiple Sklerose der Klaus Tschira-Stiftung. Die MUNICH SCHOOL OF BIOENGINEERING der TUM schafft als Integratives Forschungszentrum die gemeinsame Lehr- und Forschungsplattform für alle einschlägigen, aus den verschiedenen Fakultäten kommenden Aktivitäten des medizinrelevanten Ingenieurwesens einschließlich der bildgebenden Technologien.

Die TUM ist zudem maßgeblich am Exzellenzcluster "Center for Integrated Protein Science Munich" (CIPSM) beteiligt.

Veröffentlichung:
Nelson Perdigãoa et al.: Unexpected features of the dark proteome. Proceedings of the National Academy of Sciences (2015). DOI: 10.1073/pnas.1508380112

Kontakt:
Andrea Schafferhans
Technische Universität München
Lehrstuhl für Bioinformatik, Prof. Burkhard Rost
Tel.: +49 289 17833
andrea.schafferhans@in.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/32762/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wenn Zellen zu Kannibalen werden
21.10.2019 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

nachricht Wie sich Darmzellen erneuern – Klumpfuss spielt Rolle bei Zelldifferenzierung
21.10.2019 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

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: Freiburger Forschenden gelingt die erste Synthese eines kationischen Tetraederclusters in Lösung

Hauptgruppenatome kommen oft in kleinen Clustern vor, die neutral, negativ oder positiv geladen sein können. Das bekannteste neutrale sogenannte Tetraedercluster ist der weiße Phosphor (P4), aber darüber hinaus sind weitere Tetraeder als Substanz isolierbar. Es handelt sich um Moleküle aus vier Atomen, deren räumliche Anordnung einem Tetraeder aus gleichseitigen Dreiecken entspricht. Bisher waren neben mindestens sechs neutralen Versionen wie As4 oder AsP3 eine Vielzahl von negativ geladenen Tetraedern wie In2Sb22– bekannt, jedoch keine kationischen, also positiv geladenen Varianten.

Ein Team um Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es gelungen, diese positiv geladenen...

Im Focus: Die schnellste Ameise der Welt - Wüstenflitzer haben kurze Beine, aber eine perfekte Koordination

Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

Im Focus: Fraunhofer FHR zeigt kontaktlose, zerstörungsfreie Qualitätskontrolle von Kunststoffprodukten auf der K 2019

Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Im Focus: Solving the mystery of quantum light in thin layers

A very special kind of light is emitted by tungsten diselenide layers. The reason for this has been unclear. Now an explanation has been found at TU Wien (Vienna)

It is an exotic phenomenon that nobody was able to explain for years: when energy is supplied to a thin layer of the material tungsten diselenide, it begins to...

Im Focus: Rätsel gelöst: Das Quantenleuchten dünner Schichten

Eine ganz spezielle Art von Licht wird von Wolfram-Diselenid-Schichten ausgesandt. Warum das so ist, war bisher unklar. An der TU Wien wurde nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein merkwürdiges Phänomen, das jahrelang niemand erklären konnte: Wenn man einer dünnen Schicht des Materials Wolfram-Diselenid Energie zuführt, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

VR-/AR-Technologien aus der Nische holen

18.10.2019 | Veranstaltungen

Ein Marktplatz zur digitalen Transformation

18.10.2019 | Veranstaltungen

Wenn der Mensch auf Künstliche Intelligenz trifft

17.10.2019 | Veranstaltungen

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

Strom aus Meereswellen – Prototyp läuft in Nordsee

21.10.2019 | Energie und Elektrotechnik

Wenn Zellen zu Kannibalen werden

21.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Neue Impulse für die Energiewende – Power2X startet in die zweite Projektphase

21.10.2019 | Energie und Elektrotechnik

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