13.01.2020 - University of Melbourne

Den Proteinzustand erfühlen

Molekulare Sonde zeigt in lebenden Zellen Bereiche mit fehlgefalteten Proteinen an

In gestressten Zellen sammeln sich häufig fehlgefaltete, inaktive Proteine an. Australische Wissenschaftler haben nun eine molekulare Sonde entwickelt, die den Faltungszustand des Proteoms, der Gesamtheit der Proteine einer Zelle, anhand der Polarität erfasst. In ihrer Studie in der Zeitschrift Angewandte Chemie erläutern sie, wie die Sonde durch ein Fluoreszenzsignal entfaltete Proteine anzeigt und dabei wie ein Chamäleon die Farbe wechselt.

Stress bringt Zellen aus dem Gleichgewicht. Ihre Proteinsynthese und die Maschinerie zur korrekten Faltung von Proteinen werden gestört. Fehlgefaltete Proteine kommen nicht an ihren Wirkungsort und werden wieder abgebaut. Dadurch sammeln sich im Zytoplasma inaktive Proteine und Abbauprodukte an, die sich auch bei neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs bemerkbar machen. Angenommen wird, dass die Polarität bei der Aggregation eine Rolle spielt. Yuning Hong und ihre Grupe von der La Trobe University Melbourne in Australien haben nun zusammen mit Kollegen eine bimodale fluorogene Sonde entwickelt, die den Zustand der Proteinaggregation anhand der Polarität anzeigt.

Ein Modus der Sonde ist das Erspüren fehlgefalteter Proteine. Korrekt gefaltete Proteine werden häufig durch interne Brücken aus der Aminosäure Cystein stabilisiert. Diese Brücken liegen zumeist tief im Inneren des Proteins. Bei fehlgefalteten und entfalteten Proteinen befinden sich die Cysteine außen. Wenn die Sonde an einem äußeren Cystein bindet, schaltet sich das Fluoreszenzsignal ein, schreiben die Autoren.

Der andere Modus ist die Erfassung der Polarität. Eine polare Umgebung bedeutet eine unausgewogene elektronische Verteilung, die als Dielektrizitätskonstante gemessen werden kann. Um diesen Parameter zu messen, fügten die Forscher der fluorogenen Sonde eine chemische „Push–Pull“-Gruppe hinzu. Durch die Erspürung des elektronischen „Drucks“ oder „Zugs“ verschob sich das Fluoreszenzsignal in polaren Lösungen mit hoher Dielektrizitätskonstante. Wie ein Chamäleon änderte die Sonde ihre Farbe.

Die Autoren testeten die NTPAN-MI-Sonde an einer menschlichen Zelllinie, die durch Wirkstoffe in ihrer Proteinsynthese beeinträchtigt war. Unbehandelte Zellen zeigen normale, gleichmäßige Fluoreszenz. Zellen, die mit Toxinen oder Viren behandelt wurden, sammelten jedoch fehlgefaltete Proteine an, was sich als verstärkte Fluoreszenz bemerkbar machte. Darüber hinaus signalisierte ein farbverschobenes Fluoreszenzsignal die Polarität der Umgebung und damit den Zustand des Proteoms, der Gesamtheit der Proteine. Laut Aussage der Autoren wurde somit zum ersten Mal der Anteil der ungefalteten oder fehlgefalteten Proteine im Zellkern sichtbar gemacht. Bislang konnte man nur entfaltete Proteine im Zytoplasma erfassen.

Mit ihren beiden Sensormoden – Messung des Entfaltungszustands und der Polarität – liefert die NTPAN-MI-Sonde ein schärferes Bild über die Stressreaktion von Zellen, als es mit monomodalen Sonden oder mit anderen Methoden bislang möglich war. Die Autoren glauben, dass die neue Technik dazu beitragen könnte, besser zu verstehen, wie die Stressantwort in den Zellkompartimenten aussieht und wie diese miteinander kommunizieren.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Proteine
  • Proteinfaltung
  • Proteome
  • Polarität
  • Proteinaggregation
  • Proteinsynthese
  • zellulärer Stress
Mehr über University of Melbourne
  • News

    Nanomikroskop ermöglicht erste direkte Beobachtung der magnetischen Eigenschaften von 2D-Materialien

    Australische Forscher und ihre Kollegen aus Russland und China haben gezeigt, dass es möglich ist, die magnetischen Eigenschaften von ultradünnen Materialien direkt zu untersuchen, und zwar mit Hilfe einer neuen Mikroskopietechnik, die die Tür zur Entdeckung von mehr zweidimensionalen (2D) ... mehr

    Maßgeschneiderte Mikrokapseln

    Aus organischen Molekülen und Metallen lassen sich Mikrokapseln mit einem breiten Anwendungsspektrum in Medizin, chemischer Katalyse und Technik herstellen wie ein Forscherteam von der University of Melbourne, dem Baker IDI Heart and Diabetes Institute (Melbourne, Australien) und dem Univer ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Molekularer Schutzschirm für Fluoreszenzfarbstoffe

    Biomolekulare Vorgänge im Körper lassen sich mit optischen Methoden wie der Fluoreszenz-Bildgebung auch ohne Eingriff von außen verfolgen. Die dafür verwendeten Fluoreszenzfarbstoffe sind jedoch oft recht instabil und wenig spezifisch, bleichen aus, und haben eine unbefriedigende Pharmakoki ... mehr

    Färbezyklen mit Schwarzen Löchern

    Bei der Behandlung eines Tumors spielt auch sine Mikroumgebung eine wichtige Rolle. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler eine Methode vor, mit der Zellproben aus Tumoren und Mikroumgebung in rascher Folge in weniger als einer Stunde mit fluoreszierenden Antikörpern g ... mehr

    Vervielfältigung und Bildgebung von Mikro-RNA als Biomarker für Tumore

    Ein guter Indikator für Funktionsstörungen in lebenden Zellen ist die Veränderung in der RNA-Expression, und die sogenannte Micro-RNA (miRNA) gilt als spezifischer Biomarker für karzinogene Zellen. Einem Team von Wissenschaftlern aus China ist es gelungen, miRNA in lebenden Tumorzellen für ... mehr