Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Einblicke in molekulare Prozesse bei Parkinson

03.05.2018

Das Protein α-Synuclein ist schwer zu fassen. Das Molekül, das eine zentrale Rolle bei der Parkinsonerkrankung spielt, wechselt seine Gestalt mehrere Tausend mal pro Sekunde. Durch einen Trick ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf nun gelungen, die molekularen Eigenschaften des flatterhaften Proteins detailliert in Aktion zu entschlüsseln. Sie hatten das Molekül zunächst mit einer neuen Technik in seiner natürlichen wässrigen Umgebung schockgefroren und anschließend mittels Kernspinresonanzspektroskopie sichtbar gemacht.

α-Synuclein kommt zum einen als normaler Bestandteil in den Nervenzellen vor. Andererseits bildet er aber auch mikroskopisch kleine Ablagerungen, die sich in den Nervenzellen von Parkinson-Patienten nachweisen lassen. „Als sogenanntes intrinsisch ungeordnetes Protein nimmt es ständig verschiedene räumliche Faltungszustände, sogenannte Konformationen, ein“, erklärt Prof. Henrike Heise.


Einblicke in die Wechselwirkung des Proteins α-Synuclein (blau) mit Membranen (weiß/rot) zeigen, wie diese die Bildung von parkinsonrelevanten Ablagerungen positiv oder negativ beeinflussen können.

Copyright: HHU / M. Etzkorn

Dadurch zählt es zu einer Gruppe von Eiweißbausteinen, deren Erforschung besonders herausfordernd ist. Die Methode der Kernspinresonanzspektroskopie (engl. Nuclear Magnetic Resonance, NMR) ist praktisch Standard, wenn es darum geht, die Struktur biologischer Moleküle extrem genau zu vermessen.

„Doch die verschiedenen Zustände des Parkinsonproteins wechselten bisher zu schnell, um direkt abgebildet zu werden. Daher konnte man bis jetzt nur zeitliche Durchschnittswerte messen“, erläutert Heise.

Am Biomolekularen NMR-Zentrum des Forschungszentrums Jülich und der Universität Düsseldorf hat die Chemikerin nun eine Methode entwickelt, die einen besseren Einblick ermöglicht. Zunächst hatten sie und ihre Kollegen die Proben auf Temperaturen von bis zu minus 173 Grad Celsius abgekühlt.

Auf molekularer Ebene hat das einen ähnlichen Effekt, wie wenn man die einzelnen Momentaufnahmen eines schnell ablaufenden Films zu einem einzigen Standbild überlagert. Analog verhalten sich auch die flatterhaften Parkinsonproteine.

Sie werden in der eiskalten, erstarrten Flüssigkeit eingesperrt, und ermöglichen es den Forschern so, das gesamte Ensemble verschiedener Konformationen gleichzeitig in allen Details zu beobachten.

„Die erzielten Ergebnisse zeigen etwa welche Zustände das Protein einnehmen kann, wenn es sich in seiner ‚gesunden‘ Form befindet, aber auch, wie sich diese Konformationen ändern, wenn es mit Membranen wechselwirkt oder fehlgefaltete Aggregate bildet“, erläutert Henrike Heise.

Art der Zellwand ist entscheidend

Die Interaktion des α-Synucleins mit der Zellwand stand auch im Fokus einer Untersuchung, die ein Forscherteam unter Leitung von Dr. Manuel Etzkorn durchgeführt hat. Die Wechselwirkungen mit der Zellmembran bestimmter Nervenzellen gelten als ein wichtiger Faktor bei der Entstehung von Parkinson. Sie sind möglicherweise der Ausgangspunkt für die Ausbildung erster Keimzellen, die dann zu größeren Ablagerungen anwachsen. Im Krankheitsverlauf könnten diese die Zellwand zerstören und so zum Absterben der betroffen Nervenzellen führen.

„Unsere Daten zeigen erstmalig eine klare Verbindung zwischen den Konformationen, die durch die Wechselwirkung mit der Zellmembran entstehen können und wie diese die krankheitsrelevante Fehlfaltung von α-Synuclein begünstigen oder auch verhindern“, erklärt Manuel Etzkorn. Neben den neuartigen Einblicken in grundlegende Mechanismen kann das bessere Verständnis der Wechselwirkungen daher auch neue Therapiewege eröffnen.

Ein internationales Team, an dem sich unter anderem vier Nachwuchsgruppen beteiligten, hatten die Ergebnisse erst möglich gemacht. Die Arbeiten fanden am Biomolekularen NMR-Zentrum statt, welches das Forschungszentrums Jülich und die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf gemeinsam auf dem Jülicher Campus betreiben.

Originalveröffentlichungen:

B. Uluca, T. Viennet, D. Petrović, H. Shaykhalishahi, F. Weirich, A. Gönülalan, B. Strodel, M. Etzkorn, W. Hoyer, and H. Heise. DNP-Enhanced solid-state NMR at Cryogenic Temperatures: a Tool to Snapshot Conformational Ensembles of α-Synuclein in Different States. Biophys. J. 2018, 114 (7), 1614-1623. doi:10.1016/j.bpj.2018.02.011

T. Viennet, M.M. Wördehoff, B. Uluca, C. Poojari, H. Shaykhalishahi, D. Willbold, B. Strodel, H. Heise, A.K. Buell, W. Hoyer, and M. Etzkorn. Structural insights from lipid-bilayer nanodiscs link α-Synuclein membrane binding modes to amyloid fibril formation. Communications Biology 2018, AIP. doi: 10.1038/s42003-018-0049-z

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2018/2018-05-03-par... Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich
http://www.uni-duesseldorf.de/home/startseite/news-detailansicht-inkl-gb/article... Pressemitteilung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Dipl.-Biologin Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren
16.11.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling
16.11.2018 | 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: 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...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

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

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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