Wichtige Grundlage für biomedizinische Forschung geschaffen – Charakterisierung des Proteoms der Labormaus

Proteine kontrollieren und organisieren fast jeden Aspekt des Lebens. Die Gesamtheit aller Proteine in einem Lebewesen, einem Gewebe oder einer Zelle ist das Proteom. Mittels Massenspektrometrie charakterisieren Forschende an der TUM School of Life Sciences das Proteom, also das Eiweiß-Komplement des Genoms, in wichtigen Modellorganismen. 2014 hat ein Team an der Professur für Proteomik und Bioanalytik erstmals das menschliche Proteom beschrieben, 2020 das von der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und 2022 folgte nun das der gängigsten Labormaus.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Baustein für ein längeres Leben

Proteine sind existenzielle Bausteine des Lebens, die auch bei Pflanzen vielfältige Funktionen besitzen. Eine durchschnittliche Pflanzenzelle enthält mehr als zwanzig Billionen Proteinmoleküle, die den Stoffwechsel der Zelle aufrechterhalten und ihre Struktur stabilisieren. Wissenschaftler am Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg haben jüngst einen zellulären Mechanismus aufgeklärt, der die Lebensdauer pflanzlicher Proteine verlängert. Nun haben sie ein Schlüsselprotein identifiziert, das diesen als N-terminale Acetylierung bezeichneten Mechanismus reguliert.

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MCM-Moleküle begrenzen die Bildung von DNA-Schleifen

Das genomische Material einer Zelle muss so in einen winzigen Zellkern verpackt werden, dass es einerseits geordnet ist und andererseits nach Bedarf abgelesen, verdoppelt oder repariert werden kann. Für eine platzsparende Verpackung sind Proteine verantwortlich, die die DNA aufrollen oder auch in Schleifen legen können. Die Wissenschaftler Kikuë Tachibana und Karl Duderstadt des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried erforschen die Aufgabe und Funktionsweise dieser molekularen Maschinen. Wie sie herausfinden konnten, spielt der MCM-Komplex eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Schleifenbildung und somit auch bei der dreidimensionalen Struktur des Genoms und der Genregulation.

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Die Maschinerie des Lebens

Jede Zelle in unserem Körper ist eine ungeheuer komplexe Ansammlung biologischer Maschinen, die die Wissenschaft noch immer nicht vollständig verstanden hat. Im Jahr 2022 kamen Assistant Professor Anđela Šarić und ihr Team an das Institute of Science and Technology Austria (ISTA), um die Maschinerie des Lebens in unseren Zellen zu untersuchen. Sie verwenden Computermodelle basierend auf der Physik von Molekülen, um komplizierte Prozesse wie Zellteilung zu simulieren.

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Glykierung im Körper – Auslöser für Proteinfehlfunktionen im Alter und bei altersassoziierten Erkrankungen

Um Organfunktionen aufrechtzuerhalten, müssen Proteinfunktionen in Zellen aufeinander abgestimmt und im Gleichgewicht gehalten werden. Mit zunehmendem Alter ist diese Balance gestört. Eine mögliche Ursache dafür ist eine Glykierung, bei der sich Zucker und Proteine irreversibel miteinander verbinden. Die Endprodukte der Glykierung (AGEs) reichern sich an und können zu Entzündungen und Schäden führen. Ein Forscherteam vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) und Universitätsklinikum Jena (UKJ) hat untersucht, wo AGEs in der Zelle entstehen, welchen Einfluss sie auf Proteine haben und ob sie zu altersassoziierten Erkrankungen und zum Altern beitragen.

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Forschungsteam der Jacobs University entdeckt neue Methode zum Transport von Wirkstoff

Zellen sind Meister im Selbstschutz. Ihre Membranen lassen die für sie lebensnotwendigen Stoffe hinein, sperren aber andere Substanzen aus – auch solche, mit denen etwa Krankheiten bekämpft werden könnten. Diese natürliche Barriere zu überwinden, ist ein zentrales Anliegen der Zellforschung. Wissenschaftler:innen der Jacobs University Bremen und der spanischen Universität Santiago de Compostela ist dies nun geglückt. Sie haben eine neue Methode entwickelt mit der Medikamente und Peptide in die Zelle transportiert werden können. Die Ergebnisse ihrer Forschung sind jetzt in der renommierten Zeitschrift „Nature“ erschienen.

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Neue Nanowelt in Zellen entdeckt

Wie eine Zelle Hunderte Signale gleichzeitig verarbeiten kann, zeigt ein Forschungsteam um Martin Lohse jetzt im Fachblatt „Cell“. Die neuen Ergebnisse werden ein komplett neues Forschungsfeld in der Zellbiologie eröffnen.

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Pop-up-Fabriken hinter der Zellmembran

Wie eine Zelle hunderte Signale gleichzeitig verarbeiten kann, zeigen MDC-Forschende im Fachblatt „Cell“. Andreas Bock und seine Kolleg*innen gehen davon aus, dass sich mit den Ergebnissen ein komplett neues Forschungsfeld in der Zellbiologie öffnen wird.

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Zielgerichtete Enzyme zerstören Virus-RNA

Einem Forschungsteam unter der Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, die Erbinformation von SARS-CoV-2 direkt nach dem Eindringen des Virus in die Zelle mit spezifischen Enzymen zu zerstören. Mithilfe der Erkenntnisse könnte eine neue Therapie gegen COVID-19 entwickelt werden.

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Der Torwächter vor der Proteinfabrik

Wie werden Proteine in der Zelle sortiert? Ein internationales Forschungsteam unter Konstanzer Leitung löst dieses jahrzehntealte Rätsel

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Identifikation von Stoffwechselabhängigkeiten in Krebszellen liefert neue Therapieansätze

Viele Krebsarten weisen Veränderungen in ihrem Zellstoffwechsel auf. Diese tragen zur Entstehung und zum Fortschreiten von Krebs bei. Ein veränderter Zellmetabolismus gilt daher als Krebsmarker und könnte als „Angriffspunkt“ für Krebstherapien genutzt werden. WissenschafterInnen am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der ÖAW sowie der Medizinischen Universität Wien konnten nun anhand einer neuen Wirkstoffbibliothek mit 243 Substanzen, die auf verschiedene zentrale Stoffwechselprozesse der Zelle abzielen, die Sensitivität von 15 myeloischen Leukämiezelllinien ermitteln. Die Ergebnisse liefern einen wichtigen pharmakologischen Ansatzpunkt für zukünftige Krebstherapien.

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Catch me if you can: Wie mRNA-Therapeutika in Zellen gelangen

Forscher entdecken, wo und wie mRNA in eine Zelle gelangt, um dort genetische Informationen zu verändern oder zu übermitteln – ein zentraler Aspekt für die Entwicklung neuer Therapien.

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Vielversprechender Ansatz zur Verbesserung der Darmkrebstherapie entdeckt

Darmkrebs verläuft im späten Stadium oft tödlich. Daher sind neue Therapieansätze erforderlich. Einem Forschungsteam der TU Kaiserslautern um den Toxikologen Prof. Dr. Jörg Fahrer ist es gelungen, mit der Substanz Devimistat einen Wirkstoffkandidaten zu identifizieren, der die Darmkrebstherapie verbessern kann. Das Team hat im Rahmen eines von der Wilhelm Sander-Stiftung geförderten Forschungsprojektes gezeigt, dass Devimistat vor allem in Darmkrebszellen seine toxische Wirkung entfaltet, indem es die Mitochondrien als Kraftwerke der Zelle angreift. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Krebszellen gegenüber Zytostatika erhöht und das Ansprechen auf die Tumortherapie verbessert.

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Wenn die Luft dünn wird: Wie das Immunsystem auf Sauerstoffmangel reagiert

Jede Zelle des menschlichen Körpers ist auf Sauerstoff angewiesen. Wie aber reagiert unser Immunsystem auf einen Sauerstoffmangel? Beeinflusst dieser Faktor Entzündungsreaktionen oder die Tumorentstehung? Mit einem neuen interdisziplinären Forschungsansatz in einer Höhentrainingskammer wollen Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen diese Fragen beantworten.

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Wie Blut- und Leukämiezellen entstehen

Wissenschaftler*innen des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) und des MDC haben gemeinsam mit Kolleg*innen vom Heidelberger Institut für Stammzelltechnologien und Experimentelle Medizin (HI-STEM) am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) sowie weiteren Forscher*innen aus Heidelberg und Barcelona die Entwicklung von Blutzellen detailliert nachverfolgt: Sie kombinierten Methoden, mit denen man die Aktivität der Gene innerhalb der Zelle analysiert mit dem Nachweis von Proteinmolekülen auf der Oberfläche der Zelle. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler*innen nun in der Zeitschrift Nature Immunology veröffentlicht.

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Ferngesteuert: Wie Gifte von Keimen gefährlich werden

Das Bakterium P. aeruginosa verursacht die häufigste Sekundärinfektion bei Krankenhauspatienten mit Grippe, COVID-19 oder Mukoviszidose und ist resistent gegen Antibiotika. Ein anderer bakterieller Krankheitserreger, Vibrio vulnificus, kommt in rohen Meeresfrüchten und Brackwasser vor und kann seltene, aber tödliche Folgen für den Menschen haben. Dabei vergiften die Krankheitserreger die Zellen mit Toxinen, die auch ExoY genannt werden. Im Inneren der Bakterien ist ExoY fast inaktiv, wird aber bis zu 10.000 mal potenter, wenn es erst einmal in die Zelle injiziert wird. Der genaue Mechanismus dahinter war bisher unbekannt.

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Mit optischer Pinzette den Lebenszyklus der Zelle erfühlen: Forschungsteam beobachtet veränderte Strukturen im Inneren

Menschen sind eine Ansammlung von Billionen lebender Zellen, die alle aus einer einzigen befruchteten Eizelle hervorgegangen sind. Die Zellteilung ist eine der grundlegendsten Prozesse des Lebens ist. Form und mechanische Eigenschaften von Zellen verändern sich bei der Teilung. Bislang war jedoch wenig darüber bekannt, was genau im Inneren der Zelle während der Zellteilung vor sich geht. Ein in Göttingen und Münster ansässiges Forschungsteam hat herausgefunden, dass das Innere der Zelle weicher und flüssiger wird, während es gleichzeitig während der Zellteilung weniger aktiv ist. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Nature Physics erschienen.

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Licht an für die Kraftwerke der Zelle: CECAD Forschungszentrum leuchtet grün

Am Samstag, den 25. September, nehmen der Sonderforschungsbereich 1218, der die Regulation der zellulären Funktion durch Mitochondrien untersucht, und das Exzellenzcluster für Alternsforschung CECAD an der weltweiten Aktion „Light Up for Mito“ teil. Ab 20 Uhr leuchtet das CECAD Forschungszentrum grün.

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Wie das Stutzen des Zytoskeletts die Zelle bewegt

Unsere Zellen zeichnen sich durch Stabilität aus und sind dennoch hoch flexibel. Sie können ihre Form verändern und sich sogar im Gewebe bewegen. Die dafür benötigten Kräfte entstehen durch ein dynamisches Netzwerk aus verzweigten Aktinfilamenten, dem Zytoskelett. Ein interdisziplinäres Team um Peter Bieling und Stefan Raunser vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie (MPI) in Dortmund hat nun einen bisher unbekannten Mechanismus aufgedeckt, der erklärt, wie das Kappen von alten Aktinfilamenten das Wachstum neuer Filamente fördert. So werden die Struktur und die Funktion des Zytoskeletts aufrechterhalten, genau wie beim Rückschnitt der Hecke im Garten.

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Warum ein mutierter Kaliumkanal in roten Blutzellen zur Blutarmut führen kann

Eine Variante der Blutarmut (Anämie) ist die so genannte Gárdos Channelopathy, eine durch Genmutation ausgelöste Fehlfunktion so genannter Gárdos-Kanäle. Durch diese gelangen Kalium-Ionen aus den roten Blutzellen hinaus. Ist die Funktion der Kanäle gestört, wirkt sich das auch auf die Calcium-Konzentration der Zellen aus. Mit schwerwiegenden Folgen: Zu viel Calcium lässt die Zelle sterben. In der Folge kommt es dann zur Anämie. Forscher der Saar-Uni haben den Zusammenhang zwischen Kalium- und Calciumströmen bei dieser genetischen Mutation nun untersucht und im Fachjournal Blood Advances veröffentlicht.

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Lebenswichtiges Metall – wie wird Molybdän biologisch nutzbar?

Das Metall Molybdän ist als Bestandteil von Molybdän-Stahl oder als Molybdänsulfid, einem Additiv von Motorölen, bekannt. Neben diesen technischen Anwendungen hat Molybdän auch eine wichtige biologische Funktion: In der Zelle ist es Bestandteil des sogenannten Molybdäncofaktors. Kommt es zu Mutationen in einem für die Biosynthese des Molybdäncofaktors wichtigen Enzym, der sogenannten Molybdän-Insertase, hat dies drastische und schließlich tödliche Folgen für den betroffenen Patienten. Das Team um Dr. Tobias Kruse von der TU Braunschweig hat herausgefunden, wie die Molybdän-Insertase Molybdän in den Molybdäncofaktor einbaut und damit die Grundlage für einen Therapieansatz geschaffen.

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Programmierter Zelltod von Tumorzellen durch synthetische RNA-Moleküle

Für Körperzellen ist es überlebenswichtig, dass sie das Eindringen von Viren erkennen, um sich vor ihnen zu schützen. Im Gegensatz zur menschlichen Zelle, deren Erbsubstanz aus Desoxyribonukleinsäure (DNA) besteht, ist der Informationsträger bei Viren oft die Ribonukleinsäure (RNA). Allerdings nutzt auch die menschliche Zelle RNA, etwa bei der Produktion von Proteinen. Daher ist es entscheidend zu erkennen, ob es sich um eigene oder „feindliche“ RNA handelt.

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Flashmob im Zellkern

Der Zellkern ist weit mehr als eine Art Aufbewahrungs-Behälter für Chromosomen: In ihm sitzt auch die komplexe Maschinerie, die Abschriften der gerade benötigten Gene herstellt und in die Zelle entlässt. Manche der daran beteiligten Proteine sind nicht gleichmäßig im Kern verteilt, sondern sammeln sich an bestimmten Stellen. Eine Studie der Universitäten Würzburg, Heidelberg und Bonn mit Hilfe der Evotec SE am Standort Martinsried zeigt nun, wie diese „Flashmobs“ reguliert werden. Aus den Ergebnissen könnten langfristig auch neue Therapie-Ansätze der spinalen Muskelatrophie resultieren. Sie sind in der Zeitschrift Cell Reports erschienen.

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Fortschritt bei der genetischen Analyse von Mäusen

Um zu verstehen, welche Rolle ein Gen in Entwicklung, Degeneration und Krankheit spielt, nutzen BiologInnen seit hundert Jahren einen Trick der Natur: Während das Genom in allen Zellen eines Organismus prinzipiell gleich ist, können in einzelnen Zellen Mutationen auftreten. Durch diese Mutationen unterscheidet sich eine Zelle von ihren Nachbarn, und der Organismus bildet ein „genetisches Mosaik“. Nun hat Simon Hippenmeyer, Professor am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), die genetische Mosaikanalyse weiterentwickelt. Sie machen fast alle Gene im Mausgenom für die genetische Mosaikanalyse in einer Zelle zugänglich.

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Niclosamid: Forscher testen Bandwurmmittel gegen Corona

Wenn der Sars-CoV-2-Erreger eine Zelle befällt, programmiert er deren Stoffwechsel um. Forscher haben sich diesen Prozess jetzt im Detail angesehen. Dabei sind ihnen interessante Wirkstoffe aufgefallen.

Quelle: SPIEGEL ONLINE