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Die Wege des Insulin verfolgen

24.11.2015

Insulin wird seit vielen Jahrzehnten gegen Diabetes eingesetzt. Doch erstaunlicherweise ist nur wenig darüber bekannt, wie es sich in den Zellen des Menschen verhält. Das erforschen nun Wissenschaftler vom Biozentrum in Kooperation mit einer dänischen Firma.

Kopenhagen, im September 2014: Professor Markus Sauer vom Biozentrum der Universität Würzburg hält auf einem Symposium an der Universität Kopenhagen einen Vortrag. Er stellt die hochauflösende Mikroskopietechnik dSTORM vor, die er selbst entwickelt hat: Sie liefert extrem scharfe Bilder von einzelnen Biomolekülen, etwa von den Zuckern und Proteinen auf Körperzellen.


Mikroskopietechnik dSTORM: Verteilung des beta-1-adrenergen Rezeptors auf der Membran einer Nierenzelle mit fast molekularer Auflösung. Die fädigen Strukturen sind Ausläufer der Zelle.

Bild: Teresa Klein

Im Publikum sind auch zwei Wissenschaftler aus der Forschungsabteilung der dänischen Firma Novo Nordisk, eines weltweit tätigen Herstellers von Insulinpräparaten. Was der Würzburger Professor berichtet, interessiert die beiden brennend, und so sprechen sie ihn nach seinem Vortrag an.

Was die Firmenvertreter wissen wollen: Ob man mit dSTORM nicht gemeinsam herausfinden könne, welche Wege das Insulin in den Zellen des Menschen geht. Zwar wird Insulin seit Jahrzehnten als blutzuckersenkendes Mittel bei Diabetes eingesetzt, doch seine molekulare Wirkungsweise ist weitgehend unbekannt.

Markus Sauer sagt der Firma eine Kooperation zu, und die startet im April 2015. Im Würzburger Biozentrum befasst sich seitdem Dr. Teresa Klein mit dem Projekt. Die Biologin verfügt über das exakt passende Vorwissen: In ihrer Doktorarbeit hat sie untersucht, wie sich dSTORM zur Visualisierung von Strukturen in lebenden Zellen nutzen lässt.

Was am Biozentrum untersucht wird

Was Insulin im Körper bewirkt: An den Oberflächen von Muskel-, Fett- und Leberzellen bindet es an einen Rezeptor und wird dann mit diesem zusammen in die Zellen aufgenommen. Dort setzt es einen Mechanismus in Gang, als dessen Folge vermehrt Zucker aus dem Blut in die Zellen wandert – der Blutzuckerspiegel sinkt.

„Wir konzentrieren uns auf das, was mit dem Insulin und seinem Rezeptor passiert, direkt nachdem beide in die Zelle gelangt sind“, sagt Klein. Bleiben die zwei Partner dort zusammen oder trennen sie sich? Falls ja, wie schnell geht das und wie sehen ihre weiteren Wege in der Zelle aus? Wird das Insulin abgebaut oder recycelt? Das sind nur einige Fragen, die noch ungeklärt sind.

Wie die Wissenschaftlerin vorgeht

Um die Antworten zu finden, bringt Teresa Klein Insulin in Kontakt mit Leberzellkulturen und lässt es unterschiedlich lange einwirken. Noch testet die Wissenschaftlerin, wie sie die Proben vorbereiten und wie sie verschiedene Zielmoleküle mit Fluoreszenzfarbstoffen markieren muss, damit sich die Wege des Insulin möglichst optimal nachvollziehen lassen.

Dafür setzt sie nicht sofort die dSTORM-Methode ein, sondern erst einmal eine einfacher durchzuführende Form der hochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie. Mit gutem Grund: „Wenn auf diesem Weg etwas nicht klappt, wird es später mit dSTORM auch nicht funktionieren.“ Mit ihren Tests ist Klein aber schon so weit, dass sie voraussichtlich Ende 2015 zu ersten Versuchen mit dSTORM übergehen kann.

Wie die Kooperation mit der Firma aussieht

„Zum Start des Projekts war ich zwei Monate in der Kopenhagener Forschungsabteilung der Firma und habe dort Grundlegendes über die Biologie des Insulins gelernt“, sagt Klein. Alle zwei Wochen bespricht sie nun in Telefonkonferenzen mit ihren Betreuern bei Novo Nordisk die neuesten Fortschritte. Am Ende des zweijährigen Projekts steht ein weiterer Aufenthalt in Kopenhagen, um das neue Wissen nachhaltig in die Firma hineinzutragen.

Für das Projekt wurde Teresa Klein in das STAR-Postdoc-Fellowship-Förderprogramm des Unternehmens aufgenommen. Mit diesem Programm will die Firma unter anderem Kontakte zu exzellenten Forschungseinrichtungen etablieren und ausweiten. Was sie gemeinsam mit dem Würzburger Biozentrum erarbeitet, soll in gemeinsamen Publikationen öffentlich gemacht werden. Im Idealfall können die neuen Erkenntnisse dabei helfen, noch bessere Insulinpräparate zu entwickeln.

Kontakt

Prof. Dr. Markus Sauer, Dr. Teresa Klein, Lehrstuhl für Biotechnologie und Biophysik, Universität Würzburg, T (0931) 31-88687, m.sauer@uni-wuerzburg.de, teresa.klein@uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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