Hypoxie: Reporter-Protein bringt Licht ins Dunkel

18. Februar 2016
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Sinkt die Sauerstoffzufuhr von Zellen, drohen langfristige Schäden. Wie schwerwiegend diese sind, lässt sich häufig erst viel später beurteilen. Mithilfe eines Proteins, das unabhängig vom Sauerstoff fluoresziert, ist es nun möglich, den Hypoxie-Prozess der Zellen im Detail zu bewerten.

Bislang war es nicht möglich, einen akuten Sauerstoffmangel durch sogenannte Reporter anzuzeigen. Dieser Reporter besteht aus einem Protein-Anteil und einem besonderen DNA-Molekül, einem DNA-Konstrukt. Er wird genetisch so codiert, dass in der Zelle unter Sauerstoffmangel fluoreszierende Moleküle ausgeprägt werden, die zum Leuchten gebracht werden können und dadurch den Ort des Geschehens mikroskopisch sichtbar machen. Die Wissenschaftler verwendeten erstmals ein Reporter-Protein eines Aals, um Hypoxie anzuzeigen.

Der Clou: Im Gegensatz zu anderen vielfach eingesetzten fluoreszierenden Proteinen benötigt dieses spezielle keinen Sauerstoff, um fluoreszieren zu können. Das ist entscheidend, wenn Wissenschaftler unter dem Mikroskop akuten Sauerstoffmangel bildlich darstellen wollen. Denn so sehen sie eine Fluoreszenz bei einer akuten Hypoxie. „Wenn eine Zelle also erstickt, geht ein grün fluoreszierendes Licht an, und wir sehen, wie dramatisch die Hypoxie ist“, erklärt Biochemiker Friedemann Kiefer, der am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster forscht.

Bleibt die Zelle hypoxisch oder nicht?

Neu ist auch: Dieser Reporter reagiert besonders sensibel auf die Sauerstoffversorgung einer Zelle. Erholt sich eine Zelle, weil sie wieder ausreichend Sauerstoff erhält, nimmt das Leuchten ab. Da die Forscher für ihre Versuche verschiedene Reporter nutzen, leuchten in diesem Erholungszustand andere Reporter auf. „Mit den bisherigen Methoden konnten wir lediglich nachweisen, dass es überhaupt zu einer Sauerstoff-Unterversorgung gekommen ist“, sagt Kiefer. „Mithilfe der verschiedenen Reporter beobachten wir nun einen dynamischen Prozess und können langfristige Folgen einer Hypoxie sehr genau erforschen.“ Die Wissenschaftler können also nicht nur beurteilen, ob eine Zelle einmal hypoxisch war, sondern auch, ob der Zustand anhält.

Bei normaler Sauerstoffversorgung ist der neu entwickelte Reporter inaktiv, im Mikroskop sind daher nur wenige Zellen zu erkennen (l.). Bei Unterversorgung lässt er die betroffenen Zellen grün aufleuchten (r.). © F. Kiefer

Bei normaler Sauerstoffversorgung ist der neu entwickelte Reporter inaktiv, im Mikroskop sind daher nur wenige Zellen zu erkennen (l.). Bei Unterversorgung lässt er die betroffenen Zellen grün aufleuchten (r.). © F. Kiefer

Da der neue Reporter hochsensibel auf Sauerstoffmangel reagiert, ergeben sich ganz neue Einsatzmöglichkeiten in der Wissenschaft. Mit der Kombination des Aal-Proteins und der Lichtmikroskopie lassen sich Krankheiten und ihr Verlauf darstellen. Das ist in größerem Format bereits seit Langem möglich. Mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) können Ärzte und Wissenschaftler auf Krankheiten schließen oder sehen, wo im Körper zum Beispiel eine Infektion entsteht. Ähnliche Bilder sind mit dem neuen Reporter nun auch unter dem Mikroskop möglich. „Das schließt eine Lücke zwischen der molekularen Bildgebung und der Mikroskopie“, erläutert Prof. Michael Schäfers, Co-Koordinator bei CiM. „Das ist ein großer Erfolg für Bildgebungsverfahren in der Forschung und im Klinikeinsatz.“

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2 Kommentare:

Gast
Gast

Ich habe die Frage, ob ein mehr an Sauerstoff in den Zellen bei Krebszellen die Proliferation ankurbeln könnte ?

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Gast
Gast

Meine Frage wäre, ob damit auch bei Kindern oder Jugendlichen, die Entwicklungs-Probleme auf Grund einer zu vermutenden Geburts-Hypoxie haben, diese nachgewiesen oder ausgeschlossen werden können. Desweiteren wäre die Zumutbarkeit der Untersuchung zu erläutern und natürlich auch die entstehenden Kosten.

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