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Protein AIFM1 managt unseren Energiehaushalt / Entdeckung im Rahmen des neuen Forschungszentrums „Der Simulierte Mensch“ (Si-M)
Das Protein AIFM1 bestimmt, wie der Energiefluss in unseren Zellen gesteuert wird. Die Entdeckung eröffnet neue Wege, Defekte in Zellen vorherzusagen und zu therapieren. Der genaue Mechanismus konnte nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und mit Hilfe der „Crosslinking-Massenspektrometrie“ aufgeklärt werden, mit der kürzeste Interaktionen von Proteinen sichtbar gemacht werden können. Die hochpräzisen Geräte werden auch im neuen Forschungsbau „Der Simulierte Mensch“ von TU Berlin und Charité – Universitätsmedizin Berlin zum Einsatz kommen, der am 22. April 2026 in Berlin-Wedding eröffnet wird.
Lange Zeit galt das Herz als das Symbol für die Lebenskraft schlechthin. Doch die moderne Biologie blickt tiefer: Die eigentliche Arbeit findet in den Kraftwerken der Zellen statt, den Mitochondrien. Sie steuern unseren Stoffwechsel, bestimmen maßgeblich über Gesundheit und Krankheit und versorgen uns mit der lebensnotwendigen Energiewährung der Zelle, dem Molekül ATP (Adenosintriphosphat). Dieses kann durch Abgabe eines „Phosphatrests“ Energie freisetzen, die zum Bespiel in Muskelarbeit umgewandelt wird. Doch wer überwacht diesen komplexen Energielogistik-Prozess?
Krankheiten vorhersagen, ohne Eingriff in den Organismus
Forscher*innen um den TU-Bioanalytiker und Einstein-Professor Dr. Juri Rappsilber haben gemeinsam mit Kolleg*innen der Charité – Universitätsmedizin Berlin den entscheidenden Logistik-Manager identifiziert: das Protein AIFM1. Es entscheidet wie ein „Türsteher“ auf der Basis des zellulären Energielevels, wann die Zelle wie viel Brennstoffnachschub benötigt. „Mit diesem Wissen können wir nun an Computermodellen testen, welche Störungen in der Energieversorgung bestimmte Defekte in der Zelle hervorrufen, die wiederum verschiedenen Krankheiten zugrunde liegen“, erklärt Juri Rappsilber. „Im Si-M bringen wir dafür die TU-Expertise der chemischen Analyse mit der medizinischen Expertise der Charité zusammen. Gemeinsam wollen wir den Menschen auf molekularer Ebene so präzise verstehen, dass wir Krankheiten am Computer simulieren können, ohne sofort in den lebenden Organismus eingreifen zu müssen.“ Die Entdeckung des „Gatekeeper“-Proteins AIFM1 weist neue Wege für die Behandlung schwerer mitochondrialer Erkrankungen. Neurologische und muskuläre Erbkrankheiten wie Muskelschwund, Chorea Huntington oder verschiedene erbliche Tumorerkrankungen gehören dazu.
Mit Crosslinking-Massenspektrometrie den Handschlag der Proteine beobachten
Der tiefe und präzise Blick in die Zelle, der das Zusammenspiel der Proteine offenbarte, gelang durch modernste Hochtechnologie. Die Forscher*innen nutzten die sogenannte Crosslinking-Massenspektrometrie. Diese Methode ist eine Spezialität des Rappsilber-Labors, das dafür mittlerweile über vier Hightech Massenspektrometrie-Großgeräte verfügt, jeweils mehrere Millionen Euro teuer. Der „Gatekeeper“ AIFM1 interagiert, so die Erkenntnis, bei Energiemangel mit dem Enzym Adenylatkinase 2 (AK2), das an der Bildung von ATP-Molekülen beteiligt ist. Doch Proteine in der Zelle sind ständig in Bewegung. So konnte die kurze Protein-Interaktion, einem Handschlag vergleichbar, bislang nicht konkret beobachtet werden.
„Mit der Crosslinking-Methode, bei der wir die Proteine im Moment ihres Kontakts chemisch ‚verkleben‘, können wir diesen flüchtigen Moment wie in einem Schnappschuss direkt in der lebenden Zelle einfrieren“, erklärt Juri Rappsilber. Um die Interaktionsstellen herauszufinden, werden die chemisch verbundenen Proteine zerbrochen, wobei aber die Klebestellen erhalten bleiben. Im Massenspektrometer werden die Bruchstücke nach ihrer Masse aufgetrennt, dann noch einmal zerbrochen und wieder nach ihrer Masse sortiert. Diese Bruchstücke vergleichen die Forscher*innen nun mit allen von Computersimulationen vorhergesagten möglichen Bruchstücken und können so auf die miteinander verklebten und somit interagierenden Stellen der Proteine schließen.
Biologische Prozesse präzise digital simulieren
„Damit nähern wir uns unserem gemeinsamen Ziel, die biologischen Prozesse präzise digital simulieren zu können, um Krankheiten vorauszusagen und neue, personalisierte Therapien zu ermöglichen, auch mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz. Sie erlaubt es, riesige Datenmengen in kurzer Zeit zu sammeln und auszuwerten.“ Die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit, die im neuen Forschungszentrum „Der Simulierte Mensch“ (Si-M) noch einmal intensiviert werden wird, ermöglicht die dafür notwendigen Synergien. „Wir Analytiker, die wir ja keinen Patientenbezug haben, erfahren von den Medizinern, für welche Probleme sie Lösungen brauchen. Die Charité profitiert im Gegenzug von unserer weltweit führenden chemisch-technischen Analyse-Expertise.“
Vier millionenschwere Hightech-Massenspektrometer erlauben den tiefen Blick in die Zelle
Welche der Hightech-Massenspektrometer neben dem Gerät, das aus dem Gebäudebudget finanziert wurde, mit ins Si-M umziehen, ist abhängig von den Projekten, die dort gemeinsam angegangen werden. Alle vier stehen derzeit noch im Technologiepark Humboldthain auf dem TIB-Gelände der TU Berlin in Berlin Wedding, wo sich das Rappsilber-Labor befindet, in einem eigenen klimatisierten und verschatteten Raum. Juri Rappsilber blickt zuversichtlich in die Zukunft: „Unser neu erworbenes, tiefes Verständnis der Vorgänge in den Mitochondrien erlaubt es nun, auch mit Hilfe der KI, gezielt nach Wirkstoffen zu suchen, die Patienten neue Hoffnung geben.“
Autorin: Patricia Pätzold
Zusätzliche Informationen:
Studie „An NADH-controlled gatekeeper of ATP synthase”: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276525005076?via%3Dihub
Das Forschungszentrum Der Simulierte Mensch (Si-M)
Am 22. April 2026 öffnen sich, vier Jahre nach Grundsteinlegung, die Türen des fünfstöckigen Forschungsgebäudes „Der Simulierte Mensch“. Auf dem Campus in Berlin-Wedding wollen künftig Mediziner*innen, Natur- und Ingenieurwissenschaftler*innen aus vielen Disziplinen der TU Berlin und der Charité – Universitätsmedizin Berlin eng zusammenarbeiten, um neue therapeutische und diagnostische Ansätze für Krankheiten zu entwickeln. Bioanalytik, Organoidtechnologien und Methoden zur Zellvermessung sind dabei, Einzelzellgenetik, Bioinformatik, Automatisierungs- und Medizintechnologie, vielfach verwoben mit weiteren Fachgebieten und Exzellenzclustern.
Schon architektonisch sind im Si-M-Gebäude die integrative Arbeitsatmosphäre und der geplante Dialog mit der Öffentlichkeit angelegt: Im lichtdurchfluteten zentralen Atrium mit Café und rundem Vortragssaal schraubt sich imposant ein offenes Treppenhaus in die Höhe. Es führt zu den großzügigen Laboratorien voller Großtechnologie wie Massenspektrometrie, Bioprinting, Laserscanning-Mikroskopie und anderen.
Das Fachgebiet Medizinische Biotechnologie und das Fachgebiet Bioverfahrenstechnik werden künftig ebenfalls am neuen Berliner Forschungszentrum „Der Simulierte Mensch“ vertreten sein. Lesen Sie, worum es in der Forschung von Prof. Dr. Sina Bartfeld (https://www.tu.berlin/go277297/n86137/) beziehungsweise von Prof. Dr. Peter Neubauer (https://www.tu.berlin/go239617/n86266/) geht.
Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Juri Rappsilber
Fachgebiet Bioanalytik
Institut für Biotechnologie
Fakultät III Prozesswissenschaften
Technische Universität Berlin
Tel.: +49 (0)30 314-72905
E-Mail: juri.rappsilber@tu-berlin.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie, Medizin
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsprojekte
Deutsch
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