Das Innere einer Zelle aus Sicht eines sich bewegenden Proteins
Forscher entwickeln neue Methoden zur Bewegungsmessung von Proteinen in der Zelle
Karsten Rippe
Zellstrukturen wie Membranen, das Zytoskelett und das DNA-Genom bilden ein dynamisches dreidimensionales Labyrinth innerhalb der Zelle. Darin müssen sich Proteine zurechtfinden, um den Ort zu erreichen, an dem sie aktiv werden sollen. Die räumliche Struktur des Zellinneren ist deshalb ein wichtiger Faktor für den Transport von Proteinen und das Funktionieren der Zelle. „Zellstrukturen sind zwar in zahlreichen mikroskopischen Untersuchungen sichtbar gemacht worden. Bisher ist jedoch unklar, wie ein in der Zelle diffundierendes Protein dieses innere Netzwerk von Hindernissen ,erspürt‘“, sagt Dr. Rippe. Um dieser Frage nachzugehen, hat sein Team eine Methode entwickelt, mit der die räumliche Struktur in einer Zelle aus zufälligen Proteinbewegungen abgeleitet werden kann. Zum Einsatz kamen dabei fluoreszierende Proteine, die mit Hilfe eines selbst entwickelten Fluoreszenzspektroskopie-Systems beobachtet wurden. Wie Karsten Rippe erläutert, stellen dicht gepackte DNA-Bereiche im Zellkern die größten Hindernisse dar.
„Die Bewegungen eines Proteins in der Zelle ähneln denen einer Kugel in dem Geschicklichkeitsspiel, bei dem eine Murmel durch ein Labyrinth ,bugsiert‘ werden muss“, sagt Michael Baum, der Erstautor der Studie ist und die Arbeit als Teil seiner Dissertation an der Universität Heidelberg durchgeführt hat. Die Murmeln können leicht über kurze Strecken bewegt werden, dann kollidieren sie jedoch mit einem Hindernis und werden auf ihrem weiteren Weg gebremst. Das führt dazu, dass sie sich über längere Strecken mit einer verlangsamten Durchschnittsgeschwindigkeit per „stop and go“ fortbewegen. Bei der Analyse der Proteinbewegungen ordneten die Heidelberger Forscher der jeweiligen zurückgelegten Gesamtstrecke die dafür benötige Zeit zu. Daraus ergibt sich der durchschnittliche Abstand zwischen den Hindernissen. Auf diesen Daten basiert ein mathematisches Modell, mit dem sich die gemessene Bewegung der Proteine in der Zelle beschreiben und die Zelltopologie rekonstruieren lässt – und zwar mit einer deutlich besseren Auflösung als es aktuell mit einer lichtmikroskopischen Abbildung möglich ist, wie Dr. Rippe betont.
„Die Struktur der Hindernisse, auf die ein Protein bei seiner Bewegung durch die Zelle trifft, ähnelt dem Modell eines löchrigen Mediums, wie es zum Beispiel auch in einem Schwamm zu finden ist“, sagt der Heidelberger Wissenschaftler. In dieser dynamischen Struktur waren größere Proteine zuweilen mehrere Minuten lang gefangen. Ein weiteres Forschungsergebnis zeigt, dass sich Medikamente aus der Chemotherapie oder der Malaria-Behandlung ebenfalls auf die Mobilität der Proteine im Zellkern auswirken und die DNA-Hindernisse im Zellkern durchlässiger machen können. Dr. Rippe und sein Team wollen ihren neuen Ansatz nun in weiteren Untersuchungen am BioQuant-Zentrum der Universität Heidelberg und am DKFZ anwenden. Im Mittelpunkt stehen dabei die Wechselbeziehungen zwischen medikamentenbedingten Änderungen der Zellstruktur und dem Proteintransport sowie der Fehlregulierung dieses Prozesses bei Krankheiten.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
Kjel- / Dist Line von Büchi
Kjel- und Dist Line - Wasserdampfdestillation und Kjeldahl-Anwendungen
Maximale Genauigkeit und Leistung für Wasserdampfdestillation und Kjeldahl-Anwendungen
AZURA Purifier + LH 2.1 von KNAUER
Präparative Flüssigkeitschromatografie - Neue Plattform für mehr Durchsatz
Damit sparen Sie Zeit und verbessern die Reproduzierbarkeit beim Aufreinigen
Holen Sie sich die Analytik- und Labortechnik-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für Analytik und Labortechnik bringt Sie jeden Dienstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Fluoreszenzmikroskopie
Die Fluoreszenzmikroskopie hat die Life Sciences, Biotechnologie und Pharmazie revolutioniert. Mit ihrer Fähigkeit, spezifische Moleküle und Strukturen in Zellen und Geweben durch fluoreszierende Marker sichtbar zu machen, bietet sie einzigartige Einblicke auf molekularer und zellulärer Ebene. Durch ihre hohe Sensitivität und Auflösung erleichtert die Fluoreszenzmikroskopie das Verständnis komplexer biologischer Prozesse und treibt Innovationen in Therapie und Diagnostik voran.
Themenwelt Fluoreszenzmikroskopie
Die Fluoreszenzmikroskopie hat die Life Sciences, Biotechnologie und Pharmazie revolutioniert. Mit ihrer Fähigkeit, spezifische Moleküle und Strukturen in Zellen und Geweben durch fluoreszierende Marker sichtbar zu machen, bietet sie einzigartige Einblicke auf molekularer und zellulärer Ebene. Durch ihre hohe Sensitivität und Auflösung erleichtert die Fluoreszenzmikroskopie das Verständnis komplexer biologischer Prozesse und treibt Innovationen in Therapie und Diagnostik voran.
Themenwelt Spektroskopie
Durch die Untersuchung mit Spektroskopie ermöglicht uns einzigartige Einblicke in die Zusammensetzung und Struktur von Materialien. Von der UV-Vis-Spektroskopie über die Infrarot- und Raman-Spektroskopie bis hin zur Fluoreszenz- und Atomabsorptionsspektroskopie - die Spektroskopie bietet uns ein breites Spektrum an analytischen Techniken, um Substanzen präzise zu charakterisieren. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Spektroskopie!
Themenwelt Spektroskopie
Durch die Untersuchung mit Spektroskopie ermöglicht uns einzigartige Einblicke in die Zusammensetzung und Struktur von Materialien. Von der UV-Vis-Spektroskopie über die Infrarot- und Raman-Spektroskopie bis hin zur Fluoreszenz- und Atomabsorptionsspektroskopie - die Spektroskopie bietet uns ein breites Spektrum an analytischen Techniken, um Substanzen präzise zu charakterisieren. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Spektroskopie!