Mit Rasterkraftmikroskop neue genetische Erkenntnisse
Kassel. Auch Antikörper können Vorlieben haben und somit mehr ihrer Neigung als einer Vorbestimmung folgen: So ein Forschungsergebnis der Kasseler Arbeitsgruppe Genetik mit einem bestimmten Protein (Antikörper). Für diese Untersuchungen wurde erstmals ein Rasterkraftmikroskop (RKM) eingesetzt, um das Zusammenwirken von Proteinen und Nukleinsäuren (RNA) bei der Nutzung genetischer Informationen weiter aufzuklären. Die an der Universität Gesamthochschule Kassel unter Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Nellen entwickelte Kombination aus RKM und Molekularbiologie kann einen Beitrag zur weiteren Erforschung von Autoimmunkrankheiten leisten. Es wurden Antikörper verwendet, die gegen doppelsträngige RNA gerichtet sind. Ähnliche Antikörper findet man auch in Patienten mit Autoimmunkrankheiten. Im Gegensatz zur Elektronenmikroskopie erlaubt die Rasterkraftmikroskopie Untersuchungen unter Bedingungen, die denen in einem lebenden Organismus nahe kommen.
Proteine dienen vielfach als Schalter, um die Abrufung von Erbinformationen zu steuern, die Lebensdauer von Informationsmolekülen zu bestimmen und sie in bestimmte Teile einer Zelle zu lenken. Sie erkennen dabei meist eine spezifische Codierung auf der Nukleinsäure, binden dort und bestimmen, wie eine Gebrauchsanweisung, das weitere Schicksal des Nukleinsäuremoleküls.
Bei der komplexen Regulation eines lebendigen Organismus spielen viele solcher Bindungen, die gleichzeitig oder alternativ stattfinden, eine Rolle.
In dem von der DFG geförderten Forschungsvorhaben wurden die Interaktionen eines Antikörpers, der doppelsträngige Nukleinsäure (RNA) erkennen und mit ihr Bindungen eingehen kann, untersucht. Das in Kassel verwendete Protein wurde als Antikörper in einer Maus - in Kooperation mit Prof. Dr. Noemi Lukacs, Ungarische Akademie der Wissenschaften- erzeugt. Durch den Einsatz der Rasterkraftmikroskopie konnten jetzt erstmals Wechselwirkungen festgestellt werden, die mit den üblichen zumeist biochemischen Methoden nicht zu erfassen sind: Denn mit bisherigen Methoden waren nukleinsäurebindende Proteine nachweisbar, die entweder generell und überall mit RNA-Strukturen Verbindungen eingingen oder ausschließlich eine ganz bestimmte Sequenz auf der RNA erkannten und mit dieser reagierten. Das Kasseler Maus-Protein kann beides: Es kann sowohl an jeder beliebigen Stelle anlagern und besitzt aber auch spezifische "Lieblingsplätze". So wurde in über 2000 Untersuchungen ermittelt, dass die Vorliebe des Antikörpers eindeutig an den Enden der RNA-Struktur und an einem neben der Mitte liegenden Platz liegt. "Man muss sich das so vorstellen, als würden sich diese Proteine überall an einer Wand anlagern können, es aber am liebsten in der Nähe der Fenster und der Tür tun,", so GhK-Professor Nellen. Und weiter: "Wenn unser jetziges Protein das kann, dann gibt es auch weitere Proteine, die diese Eigenschaft besitzen."
Mit der in Kassel nun erstmals angewandte Rasterkraftmikroskop eröffnen sich prinzipiell neue Möglichkeiten der Regulation und der Dynamik molekularer Interaktionen. Die Kombination molekularbiologischer, biochemischer und physikalischer Methoden verspricht einen neuen Blickwinkel bei der Untersuchung von Lebensprozessen auf der Nanometerskala.
Besonders interessant ist die Methodik, mit der die Genetiker der Universität Kassel in Zusammenarbeit mit der Technischen Physik der Kasseler Uni diese "Vorliebe" eines Proteins fand. Mit den üblichen biochemischen Methoden war die genaue Verknüpfung von Eiweiß und Nukleinsäure in diesem Fall nicht nachweisbar. Erst die Untersuchung vieler Einzelmoleküle zeigte, dass sich das Protein "am liebsten" an eine bestimmte Stelle setzte, obwohl alle anderen Orte auch genutzt wurden. Die Wissenschaftler tasteten mehrere 1000 RNA-Ketten mit dem Rasterkraftmikroskop ab und identifizierten mit statistischen Methoden eine bevorzugte Bindestelle. Um sicher zu gehen, dass es sich wirklich um eine bestimmte Sequenz handelt, an die das Protein bindet, wurde der "verdächtige" Bereich mit molekularbiologischen Methoden verändert. Der Austausch von nur drei Bausteinen in der RNA Sequenz reichte aus, um die bevorzugte Bindung des Proteins fast vollständig zu verhindern.
Zur Zeit sind Experimente mit anderen Proteinen in Arbeit. Hier weiss man, dass sie an der Verarbeitung von RNA Molekülen beteiligt sind, wie sie genau mit der RNA interagieren ist jedoch unbekannt.
Das Forschungsprojekt wurde an der Kasseler Universität unter Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Nellen, Genetik in interdisziplinäre Zusammenarbeit im Schwerpunkt "Nanostrukturforschung", erarbeitet. Projektbearbeiter sind Dipl.-Biol. Michael Bonin, der mit einem Stipendium des Otto- Braun Fonds promoviert und Dr. Dipl.-Biol. Jürgen Oberstraß (alle Fachgebiet Genetik im Fachbereich Biologie/Chemie) .Die Technische Physik im Fachbereich Physik der GhK unter Leitung von Prof. Dr. Rainer Kassing unterstützte gemeinsam mit Dipl.-Phys. Katja Ewert und Dr. Dipl.-Phys. Egbert Oesterschulze den Einsatz des Rasterkraftmikroskop in der genetischen Forschung.
Kontakt und weitere Information:
Universität Gesamthochschule Kassel
Prof. Dr. Wolfgang Nellen, Dipl.-Biol. Michael Bonin
Heinricht-Plett-Str. 40
34109 Kassel
Tel. 0561 804 4805, -4806
Fax -4800
Mail: nellen@uni-kassel.de
Hinweis:
Unter http://www.uni-kassel.de/presse/pm/ finden Sie unter Pressemitteilungen der GhK im Internet an dieser Stelle zwei Bilder zu Ihrer Verwendung mit dem Copyhinweis:
Bild: Genetik, Universität Kassel
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