Proteinphosphorylierung: Blick in Schaltzentrale

14. September 2015
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Mithilfe einer neuen Methode lässt sich beobachten, dass die Bindung von Insulin an die Oberfläche einer Zelle mehr als 1.000 Eiweißmoleküle umschaltet. Künftig können so die Aktivierungsmuster von kranken Zellen mit denen gesunder Zellen verglichen werden.

Bindet Insulin an die Oberfläche einer Zelle, werden zahlreiche Prozesse in Gang gesetzt, die die Aufnahme von Zucker ermöglichen. Dafür sind viele verschiedene Eiweißmoleküle notwendig. Mittels der Phosphorylierung können einzelne Proteine aktiviert oder moduliert werden. Hierbei bindet ein kleines Phosphatmolekül an bestimmte Stellen der Eiweißmoleküle und schaltet sie an oder aus.

Wissenschaftler aus dem Labor von Matthias Mann vom Max-Planck-Institut für Biochemie haben jetzt die Methode EasyPhos entwickelt, die ihnen in großem Maßstab zeigt, welche Proteine in den Zellen und Geweben aktiviert sind. In ihrer Studie haben sie beobachtet, dass sich nach der Bindung des Insulins an Mausleberzellen die Phosphorylierung bei mehr als 1.000 der insgesamt 12.000 Proteine pro Zelle ändert. „Mit EasyPhos können wir sogar die zeitliche Abfolge bestimmen, in der die Proteine aktiviert werden“, sagt Sean J. Humphrey, der einen Großteil der Versuche durchführte.

Vor der Messung im Massenspektrometer wird die Probe mit dem Elektrospray-Verfahren ionisiert. © MPI für Biochemie

Vor der Messung im Massenspektrometer wird die Probe mit dem Elektrospray-Verfahren ionisiert. © MPI für Biochemie

Neu ist auch, dass jetzt durch die Massenspektrometrie alle Proteine einer Zelle gleichzeitig untersucht werden können und auch die Aktivierung von unbekannten Proteinen erkannt wird. Um die riesigen Datenmengen der einzelnen Messungen auszuwerten, kooperieren die Forscher mit Bioinformatikern am MPI für Biochemie, die entsprechende Programme entwickeln.

Komplexe dynamische Prozesse besser verstehen

Matthias Mann erklärt, dass die Analyse der Proteine von entscheidender Bedeutung sei. Die neue Analysemethode erlaubt es, die komplexen dynamischen Prozesse der Zelle als System mit vielen Wechselwirkungen besser zu verstehen. In Zukunft können mit der EasyPhos-Methode die Aktivierungsmuster von kranken Zellen mit denen gesunder Zellen verglichen werden. Dies hilft, die genauen Fehlfunktionen und Ursachen einer Erkrankung aufzudecken.

Originalpublikation:

High-throughput phosphoproteomics reveals in vivo insulin signaling dynamics
Sean J. Humphrey et al.; Nature Biotechnology, doi: 10.1038/nbt3327; 2015

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Diabetologie, Forschung, Medizin

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