Eine neue Art, Zellmembranen zu betrachten, könnte die Art und Weise verändern, wie wir Krankheiten untersuchen.

Eine neue Technik zur Untersuchung intakter Teile der Zellmembranen könnte die Erforschung von Krebs, Stoffwechsel- und Herzerkrankungen revolutionieren.

Membranen schützen alle unsere Zellen und die darin befindlichen Organellen, einschließlich der Mitochondrien – dem Kraftwerk der Zelle. Diese Membranen sind mit biologischen Maschinen aus Proteinen bestückt, die es ermöglichen, dass molekulare Ladung ein- und austritt.

Die Untersuchung dieser in die Membran eingebetteten Maschinen in ihrem ursprünglichen Zustand ist daher entscheidend, um Krankheitsmechanismen zu verstehen und neue Angriffspunkte für die Behandlung zu schaffen. Die derzeitigen Methoden zu ihrer Untersuchung bestehen jedoch darin, sie aus der Membran zu entfernen, was ihre Struktur und funktionellen Eigenschaften verändern kann.

Jetzt hat ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Oxford und unter Beteiligung von Forschern des Imperial College London eine Technik demonstriert, die die Struktur intakter Proteinmaschinen in Membranen als Ganzes analysieren kann. Die Studie wird heute in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Die leitende Forscherin Dame Carol Robinson von der University of Oxford sagte: „Ich war mir nicht sicher, ob das jemals funktionieren würde; ich dachte, die Membranumgebung wäre einfach zu kompliziert und wir würden die Ergebnisse nicht verstehen können. Ich freue mich darüber, denn es hat uns einen ganz neuen Blick auf eine wichtige Klasse von Wirkstofftargets ermöglicht.“

Neue Entdeckungen werden bereits gemacht.

Bei dieser Technik wird die Probe mit Ultraschallfrequenzen vibriert, so dass die Zelle zu zerfallen beginnt. Elektrische Ströme erzeugten dann ein elektrisches Feld, um die Proteinmaschinen aus der Membran und direkt in ein Massenspektrometer zu schleudern – ein Instrument, das die chemische „Signatur“ eines Moleküls basierend auf seiner Masse erkennen kann.

Die Membranproteinmaschinen überlebten nicht nur den Auswurf, sondern die Analyse zeigte auch, wie sie miteinander kommunizieren, an ihren endgültigen Standort geführt werden und ihre molekulare Ladung in die Zelle transportieren.

Professor Steve Matthews, vom Department of Life Sciences bei Imperial, sagte: „Mit der Entwicklung dieser Methode wird die Anwendung der Massenspektrometrie in der Biologie auf eine neue Ebene gehoben, um Entdeckungen zu machen, die bisher nicht möglich gewesen wären.“

Dr. Sarah Rouse, ebenfalls vom Department of Life Sciences bei Imperial, sagte: „Eine seit langem bestehende Frage nach der Struktur einer Membranmaschine aus den Mitochondrien wurde nun mit dieser Technik beantwortet. Die Mitochondrien sind besonders interessant, weil es mehrere Krankheiten gibt, die sie gezielt behandeln, für die wir jetzt vielleicht neue Therapien entwickeln können.“

Mehr Informationen:
Dror S. Chorev et al. Proteinanordnungen, die direkt aus nativen Membranen ausgestoßen werden, ergeben Komplexe für die Massenspektrometrie, Science (2018). DOI: 10.1126/science.aau0976

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