Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteine in ihrer natürlichen Umgebung beobachten

10.02.2020

Bestimme Medikamente, zum Beispiel gegen Krebserkrankungen, verlieren ihre Wirkung, weil Proteine in der Membran der Zielzelle sie einfach wieder ausschleusen. Ein verantwortliches Transportprotein konnte ein Team der Ruhr-Universität Bochum (RUB) erstmals in seiner natürlichen Umgebung beobachten. Dazu markierten die Forscherinnen und Forscher es mit kleinen Sequenzen von Antikörpern, an denen ein Kontrastmittel angedockt war. Dessen Spin konnten sie mittels Elektronenspinresonanz detektieren und Rückschlüsse auf den Zustand des Proteins ziehen.

Über die Methode berichtet das Team um Prof. Dr. Enrica Bordignon und Dr. Laura Galazzo vom Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation Resolv (http://www.solvation.de/) in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Dr. Markus Seeger von der Universität Zürich in der Zeitschrift PNAS vom 4. Februar 2020.


Laura Galazzo (links) und Enrica Bordignon nutzen winzige Teile von Antikörpern, um Proteine genau zu untersuchen.

© RUB, Marquard

Nanobodies finden das Protein un d binden daran

Bisher konnte man Membranproteine nur isoliert untersuchen, wobei die Gefahr besteht, dass sie ihre für die Funktion ausschlaggebende Gestalt verlieren. Das Team von Resolv konnte sie nun in ihrer natürlichen Umgebung in der Membran von Escherichia-coli-Bakterien beobachten.

„Dort ist es sehr eng und voll“, beschreibt Enrica Bordignon. Der Trick des Teams besteht darin, zwei nur wenige Nanometer kleine Sequenzen von Antikörpern als Markierung zu benutzen, sogenannte Nanobodies. „Wir verwenden exakt die Sequenzen, die bestimmte Abschnitte des Proteins erkennen und daran binden können“, erklärt Laura Galazzo.

Die Auswahl der richtigen Nanobodies übernahm das Team von Markus Seeger. „Dank der von uns entwickelten Selektionsplattform, die die Immunisierung von Tieren umgeht, kann jedes Labor schnell synthetische Nanobodies für jeden Zweck erzeugen. Das bedeutet einen Schritt zu ihrer Verwendung in der strukturellen Biologie, wie diese Arbeit zeigt“, so Seeger.

An die beiden Nanobodies werden Gadolinium-Atome angehängt. Gadolinium wird auch als Kontrastmittel für Kernspintomografien eingesetzt und kann aufgrund seines Elektronenspins sichtbar gemacht werden. Da sich die so markierten Nanobodies schlecht in Bakterien einschleusen lassen, wurden diese nach außen umgestülpt, sodass das Innere der Membran außen zu liegen kam.

Signal nur bei einer bestimmten Gestalt

„Die Nanobodies binden sofort an die Sequenz des Membranproteins, die sie erkennen, und sind dann auch kaum noch von ihnen zu lösen“, so Enrica Bordignon. Die so behandelten Bakterien untersuchten die Forscherinnen und Forscher dann mittels Elektronenspinresonanz, englisch electron paramagnetic resonance, kurz EPR.

„Dabei konnten wir nur dann ein Signal empfangen, wenn sich zwei unserer unterschiedlichen Nanobodies in unmittelbarer Nähe zueinander befanden“, erklärt Laura Galazzo. Das war genau dann der Fall, wenn das Protein die Konformation einnimmt, die Wirkstoffe aus der Zelle herausschleust.

„Unsere Arbeit zeigt, dass die Methode, mit der wir Abstände im Bereich von 1,5 bis 6 Nanometern erreichen, funktioniert“, so Enrica Bordignon. „Im nächsten Schritt wollen wir die Nanobodies in Bakterien einschleusen, um künftig an lebenden Zellen beobachten zu können, wann das Membranprotein in welchem Zustand ist." „Diese Technik eröffnet ungeahnte Möglichkeiten“, sagt Laura Galazzo.

Förderung

Die Arbeiten wurden gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation Resolv, EXC-2033, Projektnummer 390677874, BO3000/1-2, INST 130/972-1 FUGG, und durch den Schweizerischen Nationalfonds (PP00P3_144823).

Originalveröffentlichung

Laura Galazzo, Gianmarco Meier, M. Hadi Timachi, Cedric A. J. Hutter, Markus A. Seeger, Enrica Bordignon: Spin-labeled nanobodies as protein conformational reporters for electron paramagnetic resonance in cellular membranes, in: PNAS, 2020, DOI: 10.1073/pnas.1913737117, https://www.pnas.org/content/early/2020/01/14/1913737117

Pressekontakt

Prof. Dr. Enrica Bordignon
Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 26239
E-Mail: enrica.bordignon@rub.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Enrica Bordignon
Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 26239
E-Mail: enrica.bordignon@rub.de

Originalpublikation:

Laura Galazzo, Gianmarco Meier, M. Hadi Timachi, Cedric A. J. Hutter, Markus A. Seeger, Enrica Bordignon: Spin-labeled nanobodies as protein conformational reporters for electron paramagnetic resonance in cellular membranes, in: PNAS, 2020, DOI: 10.1073/pnas.1913737117, https://www.pnas.org/content/early/2020/01/14/1913737117

Weitere Informationen:

http://Originalpaper: https://www.pnas.org/content/early/2020/01/14/1913737117
http://Presseinformation zur vorherigen Arbeit: https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2019-06-17-medikamentenresi...

Meike Drießen | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
https://news.rub.de/wissenschaft/2020-02-10-loesungsmittelchemie-proteine-ihrer-natuerlichen-umgebung-beobachten

Weitere Berichte zu: Bakterien Biochemie EPR-Spektroskopie Membran Nanobodies PNAS Proteine Sequenzen protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Blockierung des Eisentransports könnte Tuberkulose stoppen
01.04.2020 | Universität Zürich

nachricht Universität Innsbruck entwickelt neuartiges Corona-Testverfahren
01.04.2020 | Universität Innsbruck

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: Blockierung des Eisentransports könnte Tuberkulose stoppen

Tuberkulose-Bakterien brauchen Eisen zum Überleben. Wird der Eisentransport in den Bakterien gestoppt, so kann sich der Tuberkulose-Erreger nicht weiter vermehren. Nun haben Forscher der Universität Zürich die Struktur des Transportproteins ermittelt, das für die Eisenzufuhr zuständig ist. Dies eröffnet Möglichkeiten zur Entwicklung neuer Medikamente.

Einer der verheerendsten Erreger, der sich im Inneren menschlicher Zellen vermehren kann, ist Mycobacterium tuberculosis – der Bazillus, der Tuberkulose...

Im Focus: Blocking the Iron Transport Could Stop Tuberculosis

The bacteria that cause tuberculosis need iron to survive. Researchers at the University of Zurich have now solved the first detailed structure of the transport protein responsible for the iron supply. When the iron transport into the bacteria is inhibited, the pathogen can no longer grow. This opens novel ways to develop targeted tuberculosis drugs.

One of the most devastating pathogens that lives inside human cells is Mycobacterium tuberculosis, the bacillus that causes tuberculosis. According to the...

Im Focus: Corona-Pandemie: Medizinischer Vollgesichtsschutz aus dem 3D-Drucker

In Vorbereitung auf zu erwartende COVID-19-Patienten wappnet sich das Universitätsklinikum Augsburg mit der Beschaffung von persönlicher Schutzausrüstung für das medizinische Personal. Ein Vollgesichtsschutz entfaltet dabei in manchen Situationen eine bessere Schutzwirkung als eine einfache Schutzbrille, doch genau dieser ist im Moment schwer zu beschaffen. Abhilfe schafft eine Kooperation mit dem Institut für Materials Resource Management (MRM) der Universität Augsburg, das seine Kompetenz und Ausstattung im Bereich des 3D-Drucks einbringt, um diesen Engpass zu beheben.

Das Coronavirus SARS-CoV-2 wird nach heutigem Wissensstand maßgeblich durch Tröpfcheninfektion übertragen. Dabei sind neben Mund und Nase vor allem auch die...

Im Focus: Hannoveraner Physiker entwickelt neue Photonenquelle für abhörsichere Kommunikation

Ein internationales Team unter Beteiligung von Prof. Dr. Michael Kues vom Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover hat eine neue Methode zur Erzeugung quantenverschränkter Photonen in einem zuvor nicht zugänglichen Spektralbereich des Lichts entwickelt. Die Entdeckung kann die Verschlüsselung von satellitengestützter Kommunikation künftig viel sicherer machen.

Ein 15-köpfiges Forscherteam aus Großbritannien, Deutschland und Japan hat eine neue Methode zur Erzeugung und zum Nachweis quantenverstärkter Photonen bei...

Im Focus: Physicist from Hannover Develops New Photon Source for Tap-proof Communication

An international team with the participation of Prof. Dr. Michael Kues from the Cluster of Excellence PhoenixD at Leibniz University Hannover has developed a new method for generating quantum-entangled photons in a spectral range of light that was previously inaccessible. The discovery can make the encryption of satellite-based communications much more secure in the future.

A 15-member research team from the UK, Germany and Japan has developed a new method for generating and detecting quantum-entangled photons at a wavelength of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungen

“4th Hybrid Materials and Structures 2020” findet web-basiert statt

26.03.2020 | Veranstaltungen

Wichtigste internationale Konferenz zu Learning Analytics findet statt – komplett online

23.03.2020 | Veranstaltungen

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

Studie mit bispezifischem Antikörper liefert beeindruckende Behandlungserfolge bei Multiplem Myelom

01.04.2020 | Medizin Gesundheit

Unternehmenswissen - Wie gelingt der Umstieg von Präsenz auf Online?

01.04.2020 | Seminare Workshops

SmartKai – „Einparkhilfe“ zur Vermeidung von Schäden an Schiffen und Hafeninfrastruktur

01.04.2020 | Informationstechnologie

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