07.06.2021 - Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH

Neue Designer-Proteine machen Isoforme nichtinvasiv sichtbar

Neues biotechnologisches Reportersystem entwickelt: Designer-Protein schneidet sich selbst aus dem Isoform heraus

Isoforme sind Varianten von Proteinen, die aus einem einzelnen Gen entstehen. Sie sind der Grund, warum wir weitaus mehr Proteine als Gene besitzen. Ein Ungleichgewicht der Isoforme steht in Verbindung mit vielen Krankheiten. Ein neues biotechnologisches Reportersystem mit Designer-Proteinen kann nun erstmals die Expression von Isoformen über längere Zeit hinweg in lebenden Zellen verfolgen. Das am Helmholtz Zentrum München und der Technischen Universität München entwickelte System hilft, regulatorische Mechanismen der Isoforme zu entschlüsseln und ermöglicht die Suche nach potenziellen Interventionszielen für molekulare Therapien.

Proteine sind die Hauptakteure unserer zellulären Prozesse und entstehen wie folgt: Zunächst kopiert die DNA einer Zelle ihre genetische Information auf die Boten-RNA (mRNA). Die Boten-RNA legt damit eine Sequenz von Aminosäuren fest. Die dabei entstehenden Aminosäureketten falten sich schließlich zu einem Protein zusammen. Tatsächlich führen aber unsere Gene nicht immer nur zu einer mRNA und einem Protein. Bei 90 Prozent unserer Gene erzeugt ein Prozess, der als alternatives Spleißen bezeichnet wird, mehrere mRNA-Varianten, von denen wiederum einige in einer bestimmten Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt in ein Isoform übersetzt werden. Bisherige Techniken, die alternatives Spleißen nachweisen können, sind meist arbeitsintensive Punktmessungen, die nicht zuverlässig über die Zeit hinweg verfolgen können, welche Isoforme in einer Zelle tatsächlich vorhanden sind.

Forschende des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) entwickelten daher ein neues biotechnologisches Reportersystem namens EXSISERS. Die Idee hinter EXSISERS ist es, ein Signal wie beispielsweise Licht zu erzeugen, sobald eine Isoform gebildet wird. „Möglich wird dies durch Designer-Proteine, die sich selbst aus der entstehenden Aminosäurekette herausschneiden können“, sagt Dong-Jiunn Jeffery Truong. „Sobald sie sich herausschneiden, leuchten sie auf und berichten damit über die Isoform-Bildung. Dabei hinterlässt das Designer-Protein keinerlei Spuren oder Narben am Isoform.“ Die Forschungsgruppe hat diese Methode bereits auf menschliche Zellen in Kultur angewandt. Dabei analysierten sie die Expression von Isoformen eines Proteins namens Tau, das mit neurodegenerativen Krankheiten wie Parkinson in Verbindung steht. Tau-Isoforme sind deshalb ein potenzielles Interventionsziel für molekulare Therapien.

„Inspiriert von natürlichen biomolekularen Prozessen werden wir mithilfe von Bioengineering künftig noch viele weitere grundlegende zelluläre Prozesse nichtinvasiv sichtbar machen können“, sagt Gil Gregor Westmeyer. „Je mehr Parameter wir in der Zelle überwachen können, desto besser können wir gezielte molekulare Therapien entwickeln, zum Beispiel zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen.“ Westmeyer und seine Forschungsgruppe arbeiten bereits mit mehreren Laboren zusammen, die das neue Reportersystem nutzen, um ein umfassenderes Verständnis der Isoformexpression in Zellen und deren Auswirkungen auf Krankheiten zu erhalten.

Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH

News weiterempfehlen PDF Ansicht / Drucken News zur Merkliste

Teilen bei

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Isoforme
  • Proteine
  • Expression
  • Tau-Proteine
  • bioengineering
  • Zellen

Mehr über Helmholtz Zentrum München

  • News

    SARS-CoV-2 infiziert Zellen über virale Türöffner, die bei Älteren, Männern und Rauchern vermehrt vorkommen

    Aus einer neuen Studie geht hervor, welche Zelltypen aufgrund ihrer Genexpression mit SARS-CoV-2 infiziert werden können. Die Studie stellt außerdem fest, dass die Zellen älterer Personen, von Männern und Rauchern vermehrt virale Türöffner für das Coronavirus besitzen. Dies könnte eine Erkl ... mehr

    Tierversuchsfreie Methode sagt Toxizität von Nanopartikeln für sicherere industrielle Materialien voraus

    Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München haben gemeinsam mit einer europäischen Forschungsgruppe eine neue tierversuchsfreie Methode entwickelt, um den toxischen Effekt von Nanopartikeln in der menschlichen Lunge vorauszusagen. Ziel ist es, damit die Entwicklung sichererer industrieller ... mehr

    Neue Wirkstoffkombination könnte Diabetes-Remission ermöglichen

    Eine der Ursachen von Diabetes könnte in der Dedifferenzierung von insulinproduzierenden Betazellen in den Langerhans´schen Inseln des Pankreas liegen, also dem Verlust der Zellidentität. Ob dedifferenzierte Zellen ein Ansatzpunkt für eine mögliche Betazellregeneration sind, war bisher unkl ... mehr

  • q&more Artikel

    Mit Deep Learning Blutkrankheiten besser verstehen

    Seit Langem nutzen Ärzte zur Diagnose von Erkrankungen des blutbildenden Systems das Lichtmikroskop. Die Auswertungen einzelner Blutzellen erfolgen hierbei zum großen Teil manuell. Jetzt erhalten sie digitale Unterstützung durch künstliche Intelligenz. mehr

    Herausforderung

    In nahezu allen Bereichen der Umwelt­analytik, aber auch in der Produktqualitätskontrolle, Life-Sciences, biomedizinischen oder pharmazeutischen Forschung hat sich in der Vergangenheit die Zahl der Analysen ständig erhöht. Analytische Untersuchungen dienen dem Schutz der Gesundheit von Mens ... mehr

  • Autoren

    Dr. Carsten Marr

    Carsten Marr, Jahrgang 1977, studierte Allgemeine Physik an der Technischen Universität München. Seine Diplomarbeit verfasste er am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching und forschte 2003 in der Quantum Information and Quantum Optics Theory Group am Imperial College, London. Im Jah ... mehr

    Dr. Christian Matek

    Christian Matek, Jahrgang 1986, studierte in München Physik und Medizin. Im Jahr 2014 promovierte er an der University of Oxford,Großbritannien, in theoretischer Physik. Seit 2017 liegt sein Forschungsschwerpunkt im Bereich der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens in der bil ... mehr

    Prof. Dr. Bernhard Michalke

    Bernhard Michalke ist Leiter der Forschungsgruppe „Element- und Elementspeziesanalytik“ und der „Zentralen Anorganischen Analytik“ am Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt. Prof. Michalke studierte Biologie an der Technischen Universität München u ... mehr

Mehr über TU München

  • News

    Enzym-System für die Wasserstoff-Wirtschaft

    Einen Traum der Energiewirtschaft könnte ein Enzym wahr werden lassen: Effizient kann es sowohl aus Strom Wasserstoff erzeugen, als auch Wasserstoff in Strom umwandeln. Zu seinem Schutz ist das Enzym in ein Polymer eingebettet. Ein internationales Forschungsteam mit maßgeblicher Beteiligung ... mehr

    Künstliche Intelligenz entschlüsselt genetische Codes

    Mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) ist es einem deutsch-amerikanischen Wissenschaftsteam gelungen, komplexe Anweisungen der Genregulation in der DNA zu entschlüsseln. Sie trainierten ihr neuronales Netzwerk mit hochauflösenden Protein-DNA-Bindungsdaten. Mit Hilfe von Modellinterpretatio ... mehr

    Synthetische „Mini“-Rezeptoren gegen Atherosklerose

    Die Atherosklerose, umgangssprachlich Arterienverkalkung genannt, ist die Hauptursache von Schlaganfall und Herzinfarkt. Münchner Forscher der Technischen Universität München (TUM) und des LMU Klinikums haben jetzt mit einem internationalen Team neuartige synthetische Peptide entwickelt, di ... mehr

  • q&more Artikel

    Biobasierte Rohstoffströme der Zukunft

    Der anthropogene Klimawandel und die steigende Weltbevölkerung im Verbund mit zunehmender Urbanisierung induzieren globale Herausforderungen an unsere Gesellschaft, die nur durch technologische Fortschritte gelöst werden können. mehr

    Ein Geschmacks- und Aromaschub im Mund

    Der Ernährungstrend hin zu gesünderen Snacks ist ungebremst. Snacks aus gefriergetrockneten Früchten erfüllen die Erwartungen der Verbraucher an moderne, hochwertige Lebensmittel. Allerdings erfordert die Gefriertrocknung ganzer Früchte lange Trocknungszeiten ... mehr

    Ernährung, Darmflora und Lipidstoffwechsel in der Leber

    Die Natur bringt eine enorme Vielfalt an Lipidmolekülen hervor, die über unterschiedliche Stoffwechselwege synthetisiert werden. Die Fettsäuren sind Bausteine verschiedener Lipide, einschließlich Zellmembranlipiden wie die Phospholipide und Triacylglyceride, die auch die Hauptkomponenten de ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Thomas Brück

    Thomas Brück, Jahrgang 1972, absolvierte sein Bachelorstudium (B.Sc.) 1996 in den Fächern Chemie, Biochemie und Management an der Keele University in Stoke on Trent, U.K. Er hält einen Masterabschluss (1997) in Molekularmedizin von derselben Universität und promovierte 2002 auf dem Gebiet d ... mehr

    Dr. Norbert Mehlmer

    Norbert Mehlmer, Jahrgang 1977, studierte Biologie an der Universität Salzburg und verfasste seine Diplomarbeit am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin. Er promovierte an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien auf dem Gebiet Genetik/Mikrobiologie. Im Anschl ... mehr

    Dr. Mahmoud Masri

    Mahmoud Masri schloss sein Studium der Angewandten Chemie an der Universität Damaskus ab und erhielt 2010 seinen Master. Anschließend arbeitete er fünf Jahre als Qualitätssicherungsmanager. 2019 promovierte er im Fach Biotechnologie an der Technischen Universität München (TUM) mit einer Arb ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: