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Die Methode könnte in biomedizinischer Forschung und in Zukunft auch in Gentherapie und Gentechnik in Pflanzen angewandt werden
Unsere Körper könnten ohne tausende Proteine, die unzählige lebensnotwendige Aufgaben in den Zellen übernehmen, nicht existieren. Das schlecht funktionierende Proteine Krankheiten bewirken können, kann zur Erforschung von Proteinstrukturen und -funktionen zur Entwicklung von Medikamenten und Behandlungen zahlreicher Funktionsstörungen führen. So hat beispielsweise die Entdeckung der Rolle von Insulin in Diabetis den Weg zur Entwicklung von einer Behandlung geebnet, die auf Insulin-Spritzen basiert. Aber dennoch ist die Zellfunktion zahlreicher Proteine noch immer unbekannt, trotz intensiver weltweit betriebener wissenschaftlicher Forschungen. Zur Aufdeckung dieser Funktion haben Wissenschaftler verschiedene genetischen Manipulationen vorgenommen, die die Produktion eines bestimmten Proteins entweder verringern oder vermehren vermag, aber die existierenden Manipulationen dieser Art sind kompliziert und entsprechen nicht ganz den Bedürfnissen der Wissenschaftler.
Prof. Moti Liscovitch und sein Student Oran Erster aus dem Fachbereich Biologische Regulierung am Weizmann Institut haben gemeinsam mit Dr. Miri Eisenstein von Chemical Research Support vor kurzem einen einzigartigen "Schalter" entwickelt, der die Aktivität jedes beliebigen Proteins kontrolliert, seine Aktivität entweder deutlich anhebt oder sie fast völlig einstellt. Diese Methode ermöglicht den Wissenschaftlern mit Hilfe eines effektiven Werkzeugs die Funktion unbekannter Proteine zu studieren und in Zukunft könnte diese Methode noch viele weitere Anwendungen finden.
Der "Schalter" hat ein genetisches und ein chemisches Element: Durch Anwendung von Gentechnik geben die Wissenchaftler ein kurzes Segment einer Aminosäure in eine Aminosäurensequenz, die das Protein zusammensetzt. Dieses Segment ist fähig dazu, sich an ein bestimmtes chemisches Medikament fest anzubinden, das das Aktivitätsniveau des genmanipulierten Proteins beeinflusst - indem es diese senkt oder ankurbelt. Wenn das Medikament nicht mehr angewandt wird oder wenn aus dem System entfernt wird, kehrt das Protein wieder zu seinem natürlichen Aktivitätsniveau zurück.
Wie bereits kürzlich in Nature Methods berichtet wurde, besteht das erste Stadium der Methode aus der Vorbereitung eines Sets genmanipulierter Proteine (in der Wissenschaftssprache "Bücherei" genannt), in die an verschiedenen Stellen Aminosäuresegmente hineingegeben wurden. Im zweiten Stadium werden die genmanipulierten Proteine gescannt, um diejenigen zu identifizieren, die auf die erwünschte Weise auf das Medikament reagieren. Die Forscher haben in einigen genmanipulierten Proteinen entdeckt, dass das Medikament das Aktivitätsniveau angehoben und dieses Niveau in anderen gesenkt hat. Prof. Liscovitch sagt hierzu: "Die Effektivität der Methode überraschte uns - es hat sich gezeigt, dass nur eine kleine Sammlung genmanipulierter Proteine notwendig ist, um diejenigen zu finden, die auf das Medikament reagieren. Biotechnologische Firmen, die über weitaus mehr Kapital verfügen, werden dazu imstande sein, größere Sammlungen von genmanipulierten Proteinen zu schaffen, um das eine bestimmte zu finden, das ihren Bedürfnissen am besten entspricht."
Die von den Weizmann-Wissenschaftlern entwickelte Methode steht, sowohl in grundlegender biomedizinischer Forschung als auch in der pharmazeutischen Industrie, zur sofortigen Anwendung bei der Suche nach Proteinen bereit, die für neue Medikamente nützlich sein können. Über die Tatsache hinaus, dass sie ein potentes Werkzeug zur Anwendung für jedes Protein darstellt, verfügt diese Methode im Vergleich zu anderen Verfahren über einen sehr wichtigen Vorteil: Sie ermöglicht eine vollkommene und genaue Kontrolle über die Aktivität von genmanipulierten Proteinen. Eine solche Aktivität kann an bestimmten Stellen im Körper oder zu bestimmten Zeiten ein erwünschtes Niveau erreichen oder aber auf das natürliche Niveau zurückgebracht werden, und zwar mit Hilfe von exakten, zeitlich genau abgestimmten Mengen desselben einfachen Medikaments.
Darüber hinaus könnte die Methode eines Tages in der Gentherapie eingesetzt werden und es ermöglichen, beschädigte Proteine, die schwere Krankheiten bewirken, durch genmanipulierte Proteine zu ersetzen und die Aktivität dieser Proteine auf sehr genaue Weise zu kontrollieren, indem entsprechende Mengen der Medikamente verabreicht werden. Eine andere potenzielle zukünftige Anwendung ist im Bereich der landwirtschaftlichen Genmanipulation. Die Methode könnte es möglich machen, z.B. genmanipulierte Pflanzen zu schaffen, in denen der Fruchtreifeprozess durch eine Substanz beschleunigt, d.h. die Proteinaktivität beschleunigt, die verantwortlich für Reifung der Frucht ist. Darüber hinaus werden in Industrieprozessen zahlreiche Proteine als biologische Sensoren und in anderen Anwendungen eingesetzt. Die Möglichkeit, diese Anwendungen zu kontrollieren - die Proteinaktivität in direkter und reversibler Weise zu beschleunigen oder zu verlangsam - könnte von großem Wert sein.
Prof. Mordechai Liscovitchs Forschungsarbeit wird finanziell unterstützt vom Nella and Leon Benoziyo Center for Neurological Diseases, La Fondation Raphael et Regina Levy und dem Nachlass von Simon Pupko in Mexiko. Prof. Liscovitch hält den Harold-L.-Korda-Professurlehrstuhl in Biologie inne.
Das Weizmann Institut in Rehovot, Israel, ist eine der weltweit führenden Forschungsinstitutionen. Es ist bekannt für seine breit gefächerte Erforschung der Naturwissenschaften und beschäftigt 2600 Wissenschaftler, Studenten, Techniker und Mitarbeiter. Die Forschungsarbeiten des Instituts befassen sich mit der Suche nach neuen Wegen der Bekämpfung von Krankheiten und Hunger, mit der Untersuchung wichtiger Fragen in Mathematik und Computerwissenschaften, Erforschung der Materie und des Universums, Entwicklung neuer Materialien und neuer Strategien zum Umweltschutz.
Pressemitteilungen des Weizmann Institutes werden auf dem World Wide Web
http://wis-wander.weizmann.ac.il oder auf http://www.eurekalert.org veröffentlicht.
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research results
German
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