Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Yogastellungen der Ionenkanäle

22.08.2016

Internationales Forscherteam entschlüsselt Aktivitätsmuster durch Kombination neuartiger Verfahren

Wissenschaftler der Universitäten Melbourne und Göttingen haben herausgefunden, nach welchem System sich Ionenkanäle öffnen und schließen. Der Schlüssel liegt in der komplexen dreidimensionalen Struktur des Proteins, aus dem ein Ionenkanal aufgebaut ist.


Geschlossen - geöffnet - geschlossen: Die verschiedenen Aktivitätsniveaus eines Ionenkanals entsprechen verschiedenen Yogastellungen.

Yoga-Illustrationen: Kennguru, Grafik: Siekmann

Proteine können sich nicht beliebig, sondern nur nach bestimmten Mustern verformen. Den Forschern gelang es, die Verbindung zwischen der Aktivität des Ionenkanals und den verschiedenen Konfigurationen des Proteins durch statistische Analyse von Zeitreihendaten aufzudecken. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society A erschienen.

Ionenkanäle sind winzige Bestandteile menschlicher Zellen, die bei sämtlichen physiologischen Prozessen im Körper eine wichtige Rolle spielen. In der Zellmembran bilden sie Poren, die es elektrisch geladenen Teilchen (Ionen) wie Natrium, Chlorid oder Calcium ermöglichen, die ansonsten undurchdringliche Zellwand zu überqueren.

Nervenzellen werden durch Ionen wie eine Batterie aufgeladen und können dadurch mit anderen Zellen kommunizieren, beispielsweise im Gehirn. Auch der Herzschlag wird einmal pro Sekunde durch ein solches elektrisches Signal initiiert. Erblich bedingte Defekte oder sogar das Fehlen bestimmter Ionenkanäle können zu Krankheiten wie beispielsweise Mukoviszidose führen.

Durch eine Veränderung ihrer Struktur können Ionenkanäle Poren in der Zellmembran öffnen oder schließen. Dies geschieht jedoch nicht gleichmäßig, sondern sehr extrem. „Oft machen Ionenkanäle eine Zeit lang überhaupt nichts, dann zeigen sie plötzlich maximale Aktivität, bevor sie wieder abschalten“, erläutert Dr. Ivo Siekmann vom Felix-Bernstein-Institut für Mathematische Statistik der Universität Göttingen. „Dazwischen gibt es Aktivität auf verschiedenen mittleren Niveaus.“

Der Schlüssel liegt in der komplexen dreidimensionalen Struktur des Proteins, aus dem der Ionenkanal aufgebaut ist. „Ionenkanäle können sich nicht einfach beliebig verformen“, so Dr. Siekmann. „Wie beim Yoga gibt es bestimmte Stellungen, die das Protein einnehmen kann.“

Die verschiedenen Aktivitätsniveaus des Kanals entsprechen dabei den verschiedenen Yogastellungen. Durch eine Kombination neuartiger statistischer und mathematischer Verfahren gelang es den Forschern, aufzudecken, wie der Ionenkanal zwischen den verschiedenen Yogastellungen wechselt.

Die Studie hat konkrete Konsequenzen: Pharmakologisch wirksame Moleküle, mit deren Hilfe bestimmte Ionenkanäle beeinflusst werden können, bieten die Chance, zielgerichtet Medikamente zu entwickeln. Allerdings zeigen die Ergebnisse, dass sich nur das mittlere Aktivitätsniveau eines Ionenkanals verändern lässt – das tatsächliche Öffnen und Schließen hingegen lässt sich nicht direkt beeinflussen.

„Manche physiologischen Prozesse lassen sich durch den Wechsel zwischen Aktivitätsniveaus nun einfacher erklären“, so Dr. Siekmann. „Statt vom komplizierten und hektischen Öffnen und Schließen hängen sie viel stärker vom gemächlichen Übergang zwischen verschiedenen Yogastellungen ab.“

Dr. Ivo Siekmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Felix-Bernstein-Institut für Mathematische Statistik an der Fakultät für Mathematik und Informatik der Universität Göttingen. Er forscht in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Axel Munk, in der statistische Modelle und Verfahren zur Analyse von Ionenkanälen entwickelt werden. Diese Forschung wird durch den Sonderforschungsbereich „Funktionalität kontrolliert durch Organisation in und zwischen Membranen“ und ein Max Planck Fellowship am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen gefördert.

Originalveröffentlichung: Ivo Siekmann et al. Modelling modal gating of ion channels with hierarchical Markov models. Proceedings of the Royal Society A 2016. Doi: 10.1098/rspa.2016.0122.

Kontaktadresse:
Dr. Ivo Siekmann
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Mathematik und Informatik
Institut für Mathematische Stochastik
Goldschmidtstraße 7, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-172127
E-Mail: ivo.siekmann@mathematik.uni-goettingen.de

Weitere Informationen:

http://www.stochastik.math.uni-goettingen.de

Thomas Richter | Georg-August-Universität Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neues Blut dank neuer Technik
14.12.2018 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Neue Chancen für den Tierschutz: Effizientes Testverfahren zum Betäubungsmittel-Einsatz bei Fischen
14.12.2018 | Universität Bayreuth

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: Data use draining your battery? Tiny device to speed up memory while also saving power

The more objects we make "smart," from watches to entire buildings, the greater the need for these devices to store and retrieve massive amounts of data quickly without consuming too much power.

Millions of new memory cells could be part of a computer chip and provide that speed and energy savings, thanks to the discovery of a previously unobserved...

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

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

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Rittal heizt ein in Sachen Umweltschutz - Rittal Lackieranlage sorgt für warme Verwaltungsbüros

14.12.2018 | Unternehmensmeldung

Krankheiten entstehen, wenn das Netzwerk von regulatorischen Autoantikörpern aus der Balance gerät

14.12.2018 | Medizin Gesundheit

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