Eine neue Technologie ermöglicht es, Proteine ausfindig zu machen, die aufgrund ihrer Funktion in Netzwerken eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Krankheiten spielen. Diese Proteine könnten dann als Zielgene für eine neue Generation von Medikamenten dienen. Wissenschaftler des NGFN haben dazu ein Verfahren entwickelt, mit dem das molekulare Netzwerk der Proteine analysiert werden kann.
Mindestens hundert Proteine lassen sich dabei simultan in einer Zelle oder einem Gewebeschnitt nachweisen. Inzwischen ist das Genom des Menschen und vieler anderer Organismen entschlüsselt. Dieses Wissen erlaubt jedoch noch keine Vorhersage, wie die von den Genen kodierten Proteine miteinander in Wechselwirkung treten. Anhand deren Zusammenspiel in molekularen Netzwerken, den sogenannten Toponomen, lassen sich verschiedene Zelltypen voneinander unterscheiden und auch krankhafte Veränderungen erkennen. Bei der Entschlüsselung der Protein-Netzwerke wurde nun ein Durchbruch erzielt. Dr. Walter Schubert und seinem Team vom Institut für Medizinische Neurobiologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg ist es erstmals gelungen, die räumlichen und zeitlichen Verteilungsmuster einer Vielzahl von Proteinen in ein und derselben Zelle zu untersuchen.
Mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) brachten die Magdeburger Wissenschaftler die von Schubert bereits vor Jahren entwickelte sogenannte Multi-Epitop-Ligand-Cartography, kurz MELC, zu einer noch höheren technischen Reife. Der Nachweis erfolgt dort, wo die Proteine in der Zelle tatsächlich vorkommen und mittels Fluoreszenz-gekoppelter Antikörper. Nach dem Nachweis eines einzelnen Proteins wird der Schnitt gebleicht und anschließend das nächste Protein sichtbar gemacht. Mithilfe einer Mathematisierung der gewonnenen Daten können die Wissenschaftler schnell erkennen, welche biologischen Muster eine Struktur aufweist. Denn die Anordnung der Proteine ist nicht immer gleich.
Vergleicht man die unterschiedlichen Regionen miteinander, kann man sogenannte Toponom-Motive erstellen. Dabei gibt es Proteine, die in allen Netzwerken auftreten und daher als Leitproteine bezeichnet werden. Andere sind nie vorhanden, wenn genau diese Proteinevorliegen und gelten daher als „invers gekoppelt“. Wiederum andere Proteine können einmal auftreten und einmal nicht und sind daher „variabel assoziierte“ Proteine. Die einzelnen Toponom-Motive liefern Informationen für die Erstellung einer toponomischen Karte von Zellen oder Geweben, die von medizinischer Bedeutung sein kann.
Proteine bestimmter Krankheitsprozesse steuern
Bei experimentellen oder krankhaften Veränderungen wandeln sich die Proteine und die Zelle kann bestimmte Funktionen nicht mehr oder nur in veränderter Form ausführen. Schubert und sein Team untersuchten beispielsweise Hautzellen von Patienten mit Schuppenflechte und atopischer Dermatitis. Obwohl sich die tatsächliche Menge an den untersuchten Proteinen bei diesen Proben nicht voneinander unterschied, konnte die Analyse des Toponoms mithilfe der MELC-Methode für die beiden Krankheiten unterschiedliche Leitproteine nachweisen. Diese könnten ein potenzielles Ziel für neue Therapieformen sein. „Wir könnten in Zukunft die Proteine bestimmter Krankheitsprozesse gezielt steuern“, so Schubert. Dank des vom BMBF, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Sachsen-Anhalt geförderten Projekts lassen sich neue therapeutische Maßnahmen entwickeln und Fortschritte in der Frühdiagnostik erzielen.
Ansprechpartner:
Dr. Walter Schubert
Institut für Medizinische Neurobiologie der
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Leipziger Straße 44
39120 Magdeburg
Tel.: 0391 61-17174
Fax: 0391 61-17176
E-Mail: walter.schubert@medizin.unimagdeburg.de
