Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Medikamentenresistenz: Transportproteine vom Transport abhalten

17.06.2019

Mit einem künstlich hergestellten Antikörperfragment hat ein internationales Forschungsteam den Transportmechanismus eines Membranproteins aus Bakterien untersucht. Die Transportproteine, ABC-Exporter genannt, kommen beispielsweise in den Zellmembranen von Bakterien und in großen Mengen in Krebszellen vor und sind dafür verantwortlich, kleine Moleküle aus den Zellen zu befördern. Einige Transporter können Antibiotika oder Chemotherapie-Wirkstoffe aus den Zellen pumpen und die Therapien somit wirkungslos machen. In der aktuellen Studie zeigten die Forscher an isolierten ABC-Exportern, wie sich die Transportfunktion des Proteins blockieren lässt.

Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature Communications vom 21. Mai 2019 veröffentlicht. Für die Studie kooperierten Prof. Dr. Enrica Bordignon und Prof. Dr. Lars Schäfer von der Ruhr-Universität Bochum, beide Mitglied im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation, mit Prof. Dr. Markus Seeger von der Universität Zürich und Prof. Dr. Mikko Karttunen von der University of Western Ontario.


Enrica Bordignon (vorn) und Svetlana Kucher mit einem Modell des Transportproteins, das sie untersucht haben.

© RUB, Marquard (Dieses Foto darf nur für eine Berichterstattung mit Bezug zur Ruhr-Universität Bochum im Kontext dieser Presseinformation verwendet werden.)

Mehrstufiger Transportprozess

Beim Transport von Molekülen aus den Zellen verbrauchen ABC-Exporter Energie. Diese beziehen sie aus der Spaltung des Energiespeichermoleküls ATP auf der Innenseite der Membran.

Der ABC-Exporter besteht grob gesagt aus drei Bereichen: dem energieliefernden Motor im Inneren der Zelle; einem Verbindungsstück, das sich durch die Zellmembran erstreckt; und einer Pforte auf der Außenseite der Membran.

Für den Transportvorgang öffnet sich der ABC-Exporter im Inneren der Zelle, nimmt ein Molekül aus der Zellflüssigkeit auf und transportiert es bis zur anderen Seite der Membran.

Dort öffnet sich die äußere Pforte, und das Molekül wird ausgeschieden – aber nur, wenn der Proteinmotor im Inneren ATP spaltet. Erst wenn die äußere Pforte wieder geschlossen ist, kann der nächste Transportvorgang beginnen.

Motor ausgeschaltet

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickelten ein künstliches Antikörperfragment, auch Sybody genannt, das im Reagenzglas an den isolierten ABC-Exporter andockte. Mittels Röntgenkristallographie und Elektronenspinresonanz zeigte das Team, dass der Sybody an die geöffnete äußere Pforte bindet. Dadurch konnte sich die Pforte nicht mehr schließen und somit kein neuer Transportvorgang eingeleitet werden. Als Folge davon blieb der Motor im Inneren abgeschaltet; es wurde kein ATP mehr gespalten.

Die Ergebnisse bestätigte die Gruppe in weiteren Experimenten ohne Sybody. In diesen tauschten sie gezielt einige Aminosäuren des Proteins durch genetische Mutation aus; auch das blockierte den Schließmechanismus der äußeren Pforte und die ATP-Spaltung.

„Unsere Analysen haben gezeigt, dass der Mechanismus zum Öffnen und Schließen der äußeren Pforte strukturell mit der Spaltung des Energielieferanten ATP auf der Innenseite zusammenhängt“, beschreibt Enrica Bordignon. „Bei unseren Ergebnissen handelt es sich um Grundlagenforschung“, so die Leiterin der Bochumer Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie weiter. „Wir hoffen, damit neue Ansätze zur Bekämpfung der Medikamentenresistenz zu eröffnen.“

Förderung

Die Arbeiten wurden finanziell unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation (Resolv, EXC2033), eines Emmy-Noether-Grants (SCHA 1574/3-1) sowie der Projekte BO 3000/ 1–2 und INST 130/972-1 FUGG. Weitere Förderung kam von der Swiss National Science Foundation (PP00P3_144823) sowie dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und dem Canada Research Chairs Program.

Gemeinsame Presseinformation der Universität Zürich und der Ruhr-Universität Bochum

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Markus Seeger
Institut für Medizinische Mikrobiologie
Universität Zürich
Schweiz
Tel.: +41 44 634 53 96
E-Mail: m.seeger@imm.uzh.ch

Prof. Dr. Enrica Bordignon
Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 26239
E-Mail: enrica.bordignon@rub.de

Prof. Dr. Lars Schäfer
Arbeitsgruppe Molekulare Simulation
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 21582
E-Mail: lars.schaefer@rub.de

Originalpublikation:

Cedric A. J. Hutter et al.: The extracellular gate shapes the energy profile of an ABC exporter, in: Nature Communications, 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-09892-6

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wenn Maschinen riechen könnten …
18.07.2019 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Nanopartikel mit neuartigen elektronischen Eigenschaften
18.07.2019 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

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: Nanopartikel mit neuartigen elektronischen Eigenschaften

Forscher der FAU haben Konzept zur Steuerung von Nanopartikeln entwickelt

Die optischen und elektronischen Eigenschaften von Aluminiumoxid-Nanopartikeln, die eigentlich elektronisch inert und optisch inaktiv sind, können gesteuert...

Im Focus: First-ever visualizations of electrical gating effects on electronic structure

Scientists have visualised the electronic structure in a microelectronic device for the first time, opening up opportunities for finely-tuned high performance electronic devices.

Physicists from the University of Warwick and the University of Washington have developed a technique to measure the energy and momentum of electrons in...

Im Focus: Neues Verfahren für den Kampf gegen Viren

Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft in Sulzbach und Regensburg arbeiten im Projekt ViroSens gemeinsam mit Industriepartnern an einem neuartigen Analyseverfahren, um die Wirksamkeitsprüfung von Impfstoffen effizienter und kostengünstiger zu machen. Die Methode kombiniert elektrochemische Sensorik und Biotechnologie und ermöglicht erstmals eine komplett automatisierte Analyse des Infektionszustands von Testzellen.

Die Meisten sehen Impfungen als einen Segen der modernen Medizin, da sie vor gefährlichen Viruserkrankungen schützen. Doch bevor es ein Impfstoff in die...

Im Focus: Großes Potenzial: Aktoren und Sensoren mit 3D-Druck in komplexe Bauteile integrieren

Der additiven Fertigung wird eine große Zukunft vorhergesagt. So lassen sich mit Hilfe des 3D-Drucks beispielsweise die Anzahl der Komponenten komplexer, individualisierter Baugruppen stark reduzieren und viele Funktionen direkt in ein Bauteil integrieren. Das vereinfacht den Herstellungsprozess und verringert den notwendigen Bauraum. Um diese Vorteile auch für mechatronische Systeme zu nutzen, forschen Wissenschaftler im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in mehreren Projekten an der additiven Fertigung von integrierten Aktoren und Sensoren. Diese können in Leichtbaustrukturen störende oder schädigende Vibrationen mindern sowie Strukturen überwachen.

Aufgrund der Ergebnisse ihrer Forschungsprojekte sehen die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF großes Potenzial für die additive Fertigung mechatronischer...

Im Focus: Megakaryozyten als „Türsteher“ und Regulatoren der Zellmigration im Knochenmark

In einer neuen Studie zeigen Wissenschaftler der Universität Würzburg und des Universitätsklinikums Würzburg, dass Megakaryozyten als eine Art „Türsteher“ auftreten und so die Eigenschaften von Knochenmarksnischen und die Dynamik der Zellmigration verändern. Die Studie wurde im Juli im Journal „Haematologica“ veröffentlicht.

Die Hämatopoese ist der Prozess der Bildung von Blutzellen, der überwiegend im Knochenmark auftritt. Das Knochenmark produziert alle Arten von Blutkörperchen:...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Testzone für die KI-gestützte Produktion

18.07.2019 | Veranstaltungen

„World Brain Day“ zum Thema Migräne: individualisierte Therapie statt Schmerzmittelübergebrauch

18.07.2019 | Veranstaltungen

Kosmos-Konferenz: Navigating the Sustainability Transformation in the 21st Century

17.07.2019 | Veranstaltungen

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

Testzone für die KI-gestützte Produktion

18.07.2019 | Veranstaltungsnachrichten

„World Brain Day“ zum Thema Migräne: individualisierte Therapie statt Schmerzmittelübergebrauch

18.07.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Automatische Qualitätsprüfung für die Additive Fertigung

18.07.2019 | Energie und Elektrotechnik

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