Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit

19.10.2017

Mit einer revolutionären Mikroskopie-Technik hat ein internationales Team von Wissenschaftlern erstmals einzelne Rezeptoren, die die Wirkung von Hormonen und Medikamenten vermitteln, live bei der Arbeit beobachtet. Dabei stießen sie auf überraschende Details.

Bei der Suche nach neuen Medikamenten gegen Krankheiten wie Bluthochdruck, Asthma oder Parkinson zählen sogenannte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) zu den ganz besonders „heißen Kandidaten“.


Rezeptoren (grün) und G-Proteine (magenta) wandern über die Oberfläche einer lebenden Zelle, bevor sie an sogenannten „Hot Spots“ auf der Zellmembran aufeinander treffen.

Foto: AG Calebiro


Hot Spot, an dem Rezeptoren und G-Proteine zusammen kommen. Das Zytoskelett und andere strukturelle Komponenten der Zellmembran konzentrieren beide in speziellen Nanodomänen.

Foto: AG Calebiro

Schließlich sind sie für viele Hormone und Neurotransmitter der Ansatzpunkt, über den diese auf die Aktivität von Zellen einwirken. Dementsprechend greifen heute schon rund die Hälfte aller verschreibungspflichtigen Medikamente an diesen Rezeptoren an – und helfen so bei der Behandlung weitverbreiteter Krankheiten.

Damit sie Prozesse im Zellinneren in Gang setzen und steuern können, müssen – wie der Name verrät – Rezeptoren und G-Proteine zunächst zueinander finden. Wie und wo das passiert, war lange Zeit Gegenstand zahlreicher Hypothesen, die jedoch nie bestätigt werden konnten.

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern aus Universitäten in Würzburg, Birmingham und Wrocław ist es jetzt erstmalig gelungen, die „Kontaktanbahnung“ zwischen einzelnen Rezeptoren und G-Proteinen und das weitere Geschehen live auf der Oberfläche von lebenden Zellen zu beobachten und zu untersuchen.

Publikation in Nature

Das Ergebnis: „Wir konnten zeigen, dass Rezeptoren und G-Proteine sich bevorzugt an speziellen Orten auf der Plasmamembran treffen, die wir als ‚Hot Spots‘ bezeichnen“, erklärt Professor Davide Calebiro, Hauptautor der Studie, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Nature erschienen ist. Calebiro forscht am Institut für Pharmakologie und Toxikologie und am Bio-Imaging Center der Universität Würzburg sowie am Centre of Membrane Proteins and Receptors der Universitäten von Birmingham und Nottingham.

Mit Hilfe einer modifizierten Variante der Einzelmolekül-Mikroskopie war es den Wissenschaftlern möglich, diese detaillierten Beobachtungen an der Zellmembran zu machen. Dabei konnten sie auch sehen, dass Rezeptoren und G-Proteine in der Regel nur vorübergehend miteinander in Kontakt stehen – ihr Zusammenwirken war in der Mehrzahl der Fälle nach nur einer Sekunde wieder beendet. Weiter fanden die Forscher heraus, dass das Zytoskelett der Zelle bei der Bildung der Hot Spots eine wichtige Rolle spielt. Diese Treffpunkte auf der Zelloberfläche waren bisher unbekannt gewesen.

Neue Technik ermöglicht neue Einsichten

Calebiro und seine Ko-Autoren sind davon überzeugt, dass Hot Spots Einfluss auf die Aktivierung der G-Proteine ausüben, indem sie sowohl die Geschwindigkeit als auch die Effizienz dieser Prozesse steigern. Gleichzeitig sorgen sie dafür, dass die Signalübertragung räumlich beschränkt werden kann. Die neuen Erkenntnisse zeigen nach Meinung der Wissenschaftler, dass „anscheinend einfache biologische Prozesse äußerst komplex sein können, wenn man sie aus der Nähe betrachtet“.

Dementsprechend gehen sie davon aus, dass die derzeitigen „außergewöhnlichen Fortschritte“ bei den bildgebenden Verfahren zu einem deutlich vertieften Verständnis dieser Prozesse führen werden.

Ihre jetzt gewonnenen Erkenntnisse bieten nach ihren Worten die Chance auf neue therapeutische Ansätze. „Bisher gängige Wirkstoffe arbeiten so, dass sie die Rezeptoren entweder blockieren oder aktivieren“, erklärt Davide Calebiro. In Zukunft könnte es möglich sein, selektiver auf diese Prozesse einzuwirken – beispielsweise indem man die Mobilität von Rezeptoren und G-Proteinen auf der Zellmembran oder deren Interaktionen an den Hot Spots manipuliert.

Diese Studie wurde unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Single-molecule imaging reveals receptor–G protein interactions at cell surface hot spots. Titiwat Sungkaworn, Marie-Lise Jobin, Krzysztof Burnecki, Aleksander Weron, Martin J. Lohse & Davide Calebiro. Nature, published online 18 October 2017, doi:10.1038/nature24264

Kontakt

Prof. Dr. med. Dr. Davide Calebiro, T: +49 931 31-80067, davide.calebiro@toxi.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen:

Simultane Visualisierung und Verfolgung einzelner Rezeptoren (grün) und G-Proteine (magenta) an der Oberfläche einer lebenden Zelle. Die Rezeptoren und G-Proteine wandern umher, bevor sie an sogenannten "Hot Spots" auf der Zellmembran aufeinandertreffen. (Video: AG Calebiro)

https://www.youtube.com/watch?v=7vsc9DnGhsM

Gunnar Bartsch | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen
20.11.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Wie sich ein Kristall in Wasser löst
20.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

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: Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

Max-Planck-Forscher entdecken die Nanostruktur von molekularen Zügen und den Grund für reibungslosen Transport in den „Antennen der Zelle“

Eine Zelle bewegt sich ständig umher, tastet ihre Umgebung ab und sendet Signale an andere Zellen. Das ist wichtig, damit eine Zelle richtig funktionieren kann.

Im Focus: Nonstop Tranport of Cargo in Nanomachines

Max Planck researchers revel the nano-structure of molecular trains and the reason for smooth transport in cellular antennas.

Moving around, sensing the extracellular environment, and signaling to other cells are important for a cell to function properly. Responsible for those tasks...

Im Focus: InSight: Touchdown auf dem Mars

Am 26. November landet die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. Erstmals wird sie die Stärke und Häufigkeit von Marsbeben messen.

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück...

Im Focus: Weltweit erstmals Entstehung von chemischen Bindungen in Echtzeit beobachtet und simuliert

Einem Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, Universität Paderborn, und Prof. Dr. Martin Wolf, Fritz-Haber-Institut Berlin, ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben weltweit zum ersten Mal und „in Echtzeit“ die Änderung der Elektronenstruktur während einer chemischen Reaktion beobachtet. Mithilfe umfangreicher Computersimulationen haben die Wissenschaftler die Ursachen und Mechanismen der Elektronenumverteilung aufgeklärt und visualisiert. Ihre Ergebnisse wurden nun in der renommierten, interdisziplinären Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

„Chemische Reaktionen sind durch die Bildung bzw. den Bruch chemischer Bindungen zwischen Atomen und den damit verbundenen Änderungen atomarer Abstände...

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Personalisierte Implantologie – 32. Kongress der DGI

19.11.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz diskutiert digitale Innovationen für die öffentliche Verwaltung

19.11.2018 | Veranstaltungen

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

19.11.2018 | Veranstaltungen

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

Für eine neue Generation organischer Leuchtdioden: Uni Bayreuth koordiniert EU-Forschungsnetzwerk

20.11.2018 | Förderungen Preise

Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie sich ein Kristall in Wasser löst

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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