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(00201) 16.07.2001 13:32

Proteinfaltung und -aktivierung: Hinweise auf Entstehung von Krebs und Alzheimer


Bochum, 16.07.2001
Nr. 202

Proteine bei der Arbeit beobachten
Hinweise auf Entstehung von Krebs und Alzheimer
RUB-Forscher sehen Proteinfaltung und -aktivierung

Mit der Fourier Transform Infrarot (FTIR)
Differenzspektroskopie ist es der Arbeitsgruppe des Bochumer
Biophysikers Prof. Dr. Klaus Gerwert (Fakultät für Biologie
der RUB) gelungen, die Arbeit von Proteinen in Echtzeit und
atomarer Auflösung zu beobachten. So konnten die Forscher z.
B. den Vorgang ihrer Faltung dokumentieren. Eine fehlerhafte
Proteinfaltung scheint Auslöser von so genannten
Amyloiderkrankungen wie Alzheimer und der
Creutzfeld-Jakob-Krankheit zu sein. Auch für die Entwicklung
neuer Krebsmedikamente liefert die Methode vielversprechende
Erkenntnisse. Sie macht die Aktivierung des Ras-Proteins
sichtbar, das in mutierter Form krebserregend wirkt.

Kompletter Film von der Proteinarbeit

Nachdem das menschliche Genom entschlüsselt ist, rückt die
Untersuchung der Struktur und der Funktion von Proteinen in
den Fokus der Bio-Wissenschaftler. Die Auflösung der
dreidimensionalen Raumstruktur von kristallisierten
Proteinen ist dabei 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.

Micromischzelle regt Proteine an

Der Bochumer Arbeitsgruppe ist jetzt ein entscheidender
Durchbruch gelungen, der in zwei kürzlich erschienenen
Arbeiten in den international renommierten „Proceedings of
the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS)
beschrieben ist. Mit der zeitaufgelösten FTIR
Differenzspektroskopie lassen sich Proteine bei der Arbeit
in Echtzeit mit atomarer Auflösung beobachten. Handelt es
sich dabei um Photorezeptoren, können die Proteine direkt
mit einem kurzen, gepulsten Laserblitz gezielt angeregt
werden. Eine solche Untersuchung ist im Frühjahr in nature
structural biology (s.u.) beschrieben und mit einem news and
views Kommentar gewürdigt worden. Die meisten, insbesondere
medizinisch relevanten Proteine tragen allerdings keine
solche lichtaktivierbare „chromophore“ Gruppe. Prof. Gerwert
entwickelte daher zusammen mit Bob Austin, Princeton, USA,
mit nanotechnologischen Methoden eine 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 im
IR zeitaufgelöst untersuchen.

Zwischenstufe beschleunigt die Faltung

Mit diesem neuen Ansatz konnten sie zum ersten Mal eine beta
nach alpha-Proteinfaltungsreaktion beobachten. Die
umgekehrte Umfaltung von alpha nach beta scheint die so
genannten Amyloiderkrankungen wie Creutzfeld-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.

Mutiertes Ras wirkt krebserregend

In der zweiten PNAS Arbeit, die in dieser Woche erschienen
ist, untersuchte die Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit
Prof. Fred Wittinghofer vom Max Planck Institut für
Molekulare Physiologie in Dortmund die GAP (G-aktivierendes
Protein) Aktivierung von sogenannten Ras  Proteinen. Die GTP
(Guanosintriphosphat) bindenden Ras Proteine spielen eine
zentrale Rolle in der Signalübermittlung. Sie katalysieren
die Hydrolyse von GTP zu GDP (Guanosindiphosphat) und Pi
(anorganischer Phosphatrest). Bestimmte Mutanten von Ras
können von GAP nicht mehr aktiviert werden und wirken dann
krebserregend, weil der signalweiterleitende GTP Zustand
angereichert wird.

Entdeckung hilft Medikamente entwickeln

Die Aktivierung des Ras Proteins durch GAP konnte dank der
FTIR Spektroskopie zum ersten Mal in Echtzeit mit atomarer
Auflösung untersucht werden. Dabei zeigte sich ein
Zwischenstadium, in dem das vom Ras freigesetzte
anorganische Phosphat sich nicht direkt löst.
Überraschenderweise bleibt es an den RasGAP Komplex
gebunden, bevor es im geschwindigkeitsbesimmenden Schritt
vom Proteinkomplex freigesetzt wird. Aus den Ergebnissen
lassen sich neue mechanistische Vorstellungen ableiten, die
bei der Entwicklung neuer Krebsmedikamente helfen. Mit
diesem neuen „assay“ können Wirkstoffe jetzt gezielt
daraufhin untersucht werden, ob sie krebserregende Ras
Mutanten wieder aktivieren können.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Klaus Gerwert, Fakultät für Biologie der
Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24462,
Fax: 0234/32-14238, Email: gerwert@bph.ruhr-uni-bochum.de,
Dr. Mathias Lübben, Fakultät für Biologie der
Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24465,
Fax: 0234/32-14626, Email: luebben@bph.ruhr-uni-bochum.de,
Internet http://www.bph.ruhr-uni-bochum.de

Texte

 http://www.pnas.org/cgi/reprint/98/14/7754.pdf
 http://www.pnas.org/cgi/reprint/98/12/6646.pdf
 Brudler, R., Rammelsberg, R., Woo, T.T., Getzoff, E.D.,
Gerwert, K.: Structure of the I1 early intermediate of
photoactive yellow protein by FTIR spectroscopy, Nature
Structural Biology, Vol. 8, no. 3, 265-270, (2001)


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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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