21.10.2019 - Max-Planck-Institut für Biochemie

Das Rezept für eine Fruchtfliege

Forscher verwenden Massenspektrometrie, um die absolute Kopienzahl von Kernproteinen und Histonmarkierungen zu bestimmen

Mittlerweile kennt man viele der Proteine, die für den Aufbau eines multizellulären Organismus erforderlich sind. Jedoch ist weitgehend unklar, wie viele Kopien jeder Proteinart vorhanden sind und benötigt werden, damit sich ein vollständiger Organismus entwickeln kann. Forscher am Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie haben mit Hilfe der Massenspektrometrie die absolute Kopienzahl verschiedener Kernproteine und Histonmarkierungen in Fruchtfliegen bestimmt. Diese Informationen helfen unserem Verständnis, wie die verschiedenen Proteine zusammenwirken, um den Aufbau einer Fruchtfliege zu steuern.

Fruchtfliegen und Menschen haben vieles gemeinsam, etwa 60 Prozent der Fliegengene kommen beim Menschen in ähnlicher Form vor. Durch die Forschung am Fruchtfliegenmodell wurden viele Erkenntnisse über grundlegende Mechanismen gewonnen. Die Ergebnisse dieser Studien haben wichtige Hinweise darauf gegeben, wie diese Mechanismen auch in Säugetieren oder Menschen funktionieren. In der aktuellen Studie untersuchte Jürg Müller vom MPI für Biochemie zusammen mit den Forschergruppen von Axel Imhof an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München und Michiel Vermeulen an der Radboud University in Nimwegen das Proteinset, welches die Entwicklung einer Fliege steuert. Sie bestimmten die absolute Kopienzahl von Proteinen und chemischen Markierungen auf Histonproteinen im Zellkern in Fruchtfliegenembryonen.

Im Zellkern ist die DNA um sogenannte Histonproteine gewickelt, auch bekannt als Chromatin. Die gesamte Information in der genomische DNA die bestimmt, wie sich eine befruchtete Eizelle zu einem Organismus entwickelt, ist somit in Chromatin verpackt. Jürg Müller, Leiter der Forschungsgruppe "Biologie des Chromatins", erklärt: "Die Entwicklung eines Embryos ist ein faszinierender Prozess. Im Gegensatz zum Menschen können wir mit Modellsystemen wie der Fruchtfliege diesen Prozess nicht nur beschreiben, sondern auch untersuchen, wie er bei genetisch veränderten Tieren abläuft. Die Organisation des Chromatins verändert sich dramatisch während der Entwicklung. Wir wollten deshalb verstehen, ob und wie sich die Menge verschiedener Chromatinproteine und der chemischen Markierungen auf Histonen in den kritischen Phasen der Entwicklung verändert." Die Forscher ermittelten die Kopienzahl von fast 4000 Proteinen und chemischen Markierungen an Histonproteinen in zwei verschiedenen Stadien der embryonalen Entwicklung.

Jacques Bonnet, der Erstautor der Studie, sagt: "Man kann das Wissen, dass wir über die Mengen der einzelnen Proteinarten gewonnen haben, mit dem Wissen vergleichen, welches zum Backen eines Kuchens benötigt wird. Zu wissen, dass man Eier, Zucker, Mehl, Butter, Rosinen und Backpulver hinzufügen muss, ergibt für sich allein noch kein Rezept - man muss die genaue Menge jeder Zutat kennen, um den Kuchen zu backen. Genau gleich ist es, wenn wir den Prozess der Embryonenentwicklung verstehen wollen – es ist wichtig zu wissen wie viele Kopien jedes Proteins in einer Embryonalzelle vorhanden sind".

"Interessanterweise haben wir festgestellt, dass – anders als vermutet – viele Proteine in weit geringerer Kopienzahl vorhanden sind, während andere Proteine bedeutend häufiger vorkommen. Diese Beobachtungen sind wichtig für unser Verständnis wie die genomische DNA im Chromatin verpackt ist und reguliert wird, und einige unserer derzeitigen Sichtweisen müssen revidiert werden." so Jürg Müller.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Zellkern
  • Chromatin
  • Embryonalentwicklung
Mehr über MPI für Biochemie
  • News

    Die Verwandtschaft der Proteine

    Proteine steuern als eines der wichtigsten Biomoleküle das Leben - als Enzyme, Rezeptoren, Signal- oder Strukturmoleküle. Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie haben zum ersten Mal die Proteome von 100 verschiedenen Organismen entschlüsselt. Die ausgewählten Organismen stammen a ... mehr

    10-fach schnellere Superauflösungsmikroskopie

    Fortschritte in der Fluoreszenzmikroskopie ermöglichen es, biologische Prozesse unterhalb der klassischen Beugungsgrenze des Lichtes sichtbar zu machen. Eine Variante dieser sogenannten Superauflösungstechniken ist DNA-PAINT, die von Ralf Jungmann, Forschungsgruppenleiter für "Molekulare Bi ... mehr

    Proteine durchleuchten, um erste Anzeichen von Krankheiten sichtbar zu machen

    Das Europäische Patentamt (EPA) gibt die Nominierung des deutschen Physikers, Biochemikers und Bioinformatikers Matthias Mann für den Europäischen Erfinderpreis 2019 als einer von drei Finalisten in der Kategorie „Forschung" bekannt. Damit wird seine Entwicklung von Techniken zur umfassende ... mehr

Mehr über Max-Planck-Gesellschaft
  • News

    Neuartiges Mikroskop erkennt die Händigkeit eines einzelnen Nanoteilchens

    Wissenschaftler der Forschungsgruppe Mikro, Nano und Molekulare Systeme am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme haben ein neuartiges Spektroskopie-Mikroskop entwickelt, mit dem sie ein einzelnes Nanoteilchen in Echtzeit beobachten können. So konnten sie erstmals die Händigkeit eines ... mehr

    Masse des Deuterons korrigiert

    Hochpräzise Messungen der Masse des Deuterons, des Kerns von schwerem Wasserstoff, bringen neue Erkenntnisse über die Zuverlässigkeit fundamentaler Größen der Atom- und Kernphysik. Das berichtet eine Kollaboration unter der Leitung des MPI für Kernphysik mit Partnern der Johannes Gutenberg- ... mehr

    Proteine ganz nah

    Die von Nobelpreisträger Stefan Hell und seinem Team entwickelte MINFLUX-Nanoskopie ermöglicht, fluoreszierende Moleküle mit Licht getrennt abzubilden, die nur ein paar Nanometer (millionstel Millimeter) voneinander entfernt sind. Diese Technik ist damit hundertmal schärfer als die herkömml ... mehr