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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Proteinfaltung in Echtzeit dank neuer Methode |
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| | | Proteine spielen eine essentielle Rolle im menschlichen Körper. Deutschen Forschern ist es nun mit einer neuen Methode gelungen, die Arbeit von Proteinen in Echtzeit und atomarer Auflösung zu beobachten. Sie versprechen sich davon Aufschluss über Krankheiten wie Creutzfeldt-Jakob. |
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Die Forscher der Ruhr-Universität Bochum beschreiben dies in zwei kürzlich erschienenen Arbeiten, die in den "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) veröffentlicht wurden.
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Beobachtung dank Differenzspektroskopie |
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Mit der so genannten Fourier Transform Infrarot (FTIR) Differenzspektroskopie konnte die Arbeitsgruppe des Bochumer Biophysikers Klaus Gerwert die Arbeit von Proteinen in Echtzeit und atomarer Auflösung beobachten.
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Proteine und ihre Faltung
Proteine sind chemische Verbindungen aus einer Gruppe hochmolekularer organischer Stoffe, aus denen die lebende Substanz des pflanzlichen u. tierischen Körpers besteht.
Sie bestehen aus Aminosäure-Ketten, deren Übergang vom ungeordneten Aminosäure-Knäuel zu einer geordneten Struktur man als Faltung bezeichnet: Nach ihrer Bildung aus einzelnen Aminosäuren müssen sie sich in eine präzise dreidimensionale Struktur falten. Eine Reihe von Krankheiten sind auf Fehlfunktionen nicht korrekt gefalteter Proteine zurückzuführen. Dazu gehören zahlreiche Muskelkrankheiten, aber auch Alzheimer, die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, Scrapie und BSE. Über den Ablauf grundlegender Prozesse der Proteinfaltung ist bisher wenig bekannt. Die meisten Proteine falten korrekt in der erstaunlich kurzen Zeit im Bereich von einer Milliardstel Sekunde bis zu Sekunden. Faltet das Protein nicht korrekt, ist es in seiner Funktion gestört, wenn nicht ganz unbrauchbar. |
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Diese Methode war bisher nur bei lichtaktivierbaren Proteinen erfolgreich, die durch einen Laserblitz gezielt angeregt werden konnten. Die meisten, insbesondere medizinisch relevanten Proteine gehören jedoch nicht zu dieser Gruppe.
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Röntgenstrukturanalyse liefert nur Bilder
Die Auflösung der dreidimensionalen Raumstruktur von kristallisierten Proteinen ist beinahe Routine für Röntgenstrukturanalytiker. Allerdings liefert die Röntgenstrukturanalyse nur Bilder eines einzelnen "eingefrorenen"
Proteinzustands, aber keinen kompletten Film über die Arbeitsweise von Proteinen. Das Verständnis ihrer Arbeitsweise ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung für biotechnologische Anwendungen und rationale Medikamentenentwicklung. |
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Nanotechnologie für neue Methode |
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Gerwert entwickelte daher zusammen mit seinem Kollegen Bob Austin von der Princeton Universität mit nanotechnologischen Methoden eine so genannte Micromischzelle.
In ihr kann das Protein mit einer Startersubstanz in weniger als einer Millisekunde gemischt werden. Die durch Mischung angeregte Proteinreaktion können die Wissenschaftler dann zeitaufgelöst untersuchen.
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Vorgang der Protein-Faltung dokumentiert |
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So konnten die Forscher z. B. den Vorgang ihrer Faltung dokumentieren. Eine fehlerhafte Proteinfaltung scheint Auslöser von so genannten Amyloiderkrankungen wie Alzheimer und der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit zu sein.
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Zwischenstufe beschleunigt die Faltung
Mit dem neuen Ansatz konnten die Forscher zum ersten Mal eine beta nach alpha-Proteinfaltungsreaktion beobachten. Die umgekehrte Umfaltung von alpha nach beta scheint Erkrankungen wie Creutzfeldt-Jakob und Alzheimer auszulösen. Bei der Studie entdeckten die Forscher erstmals eine kompakte Zwischenstufe. Mit diesem Ergebnis können sie den ungewöhnlich schnellen Faltungsübergang erklären: Das Protein bleibt für den Übergang kompakt und muss sich nicht entfalten. Zurzeit wird in Gerwerts Labor der alpha nach beta-Übergang von Prionen untersucht. |
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Möglichkeit für neue Krebsmedikamente |
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Aus den Ergebnissen lassen sich neue mechanistische Vorstellungen ableiten, die bei der Entwicklung von Krebsmedikamenten helfen könnten. Sie macht die Aktivierung des so genannten Ras-Proteins sichtbar, das in mutierter Form krebserregend wirkt.
(idw/red)
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01.01.2010 |
