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Krankhafte Eiweissablagerung im Reagenzglas studiert
Viele unheilbare Krankheiten zeichnen sich durch abgelagerte Proteinfasern aus
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der Universität Manchester hat ein Modellsystem entwickelt, mit dem die Bildung von Eiweissablagerungen im Reagenzglas studiert werden kann. Dazu verwenden die Wissenschaftler ein künstlich hergestelltes Miniprotein, das sich bei erhöhter Temperatur zu Fasern umlagert. Viele unheilbare Krankheiten zeichnen sich durch abgelagerte Proteinfasern aus.
Krankheiten wie Alzheimer, Creutzfeldt-Jakob oder Diabetes Mellitus Typ 2 haben eines gemeinsam: In den betroffenen Organen finden sich abgelagerte Proteinfasern, sogenannte amyloide Fibrillen. Im Hirn verstorbener Alzheimerpatienten sind Amyloidfibrillen als "Plaques" nachweisbar, ebenso treten unlösliche Ablagerungen in der Bauchspeicheldrüse von Zuckerkranken auf. Warum sich Proteine falsch falten und ablagern, ist im Detail noch unbekannt.
Um den komplexen Prozess der Faserbildung zu ergründen, hat ein Forschungsteam unter Leitung von Michel Steinmetz vom PSI und von Richard Kammerer von der Universität Manchester ein einfaches Modellsystem entwickelt. Mit einem synthetisch hergestellten Miniprotein können molekulare Umlagerungen im Reagenzglas simuliert und studiert werden.
Das dafür eigens konstruierte Miniprotein ist bei niedriger Temperatur stabil und löslich. Wird die Temperatur erhöht, lagert es sich in unlösliche Fibrillen um, die Amyloidfibrillen aus krankem Gewebe täuschend ähnlich sind. Das internationale Team hat seine Arbeit nun in der jüngsten Ausgabe der bekannten US-Fachzeitschrift "PNAS" veröffentlicht.
Einfaches Modellsystem für komplexe Fragen
Mit dem Modellsystem können die Forschenden der Frage nachgehen, welche Faktoren den löslichen Zustand des Miniproteins stabilisieren und welche die fibrillöse Ablagerung begünstigen. Indem sie gezielt Aminosäuren austauschen oder chemisch verändern, können die Wissenschaftler die Kinetik der Umlagerung beeinflussen. So erhalten sie Hinweise darauf, wie die einzelnen Aminosäurenketten in den Amyloidfibrillen gepackt sind. Bisherige Studien lassen darauf schliessen, dass amyloide Fibrillen aus gegenläufig angeordneten Faltblättern bestehen und dass ihre Bildung auf gewissen Wechselwirkungen zwischen wasserabweisenden Aminosäuren beruht.
Bekannt ist, dass Faktoren wie Genmutation, Modifikation von Aminosäuren oder Prozesse des Alterns zu den amyloiden Ablagerungen führen, die mit den uns bekannten Krankheiten einhergehen. Als vereinfachte Miniaturausgabe eines echten und komplexen Proteins hat das Modellsystem den entscheidenden Vorteil, den Prozess der Umlagerung im Reagenzglas immer noch relativ präzise wiederzugeben. Somit können die Forschenden verschiedene Faktoren gezielt und physiologisch relevant auf ihre Effekte hin testen - ein wichtiger Mosaikstein hin zum bessern Verständnis vieler bisher unheilbarer Leiden.
Quelle
Richard A. Kammerer, Universität Manchester; Michel O. Steinmetz, PSI, et al. PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA), 2004, Vol. 101, No. 14, S. 4435-4440.
Bildunterschrift: Vom Korkenzieher zum Wellblech: Das synthetisch hergestellte Miniprotein besteht aus 17 Aminosäuren und sieht aus wie ein dreifacher Korkenzieher (linke Struktur). Bei vier Grad Celsius bleibt es in dieser gutartigen Form über mehrere Tage unverändert löslich. Bei 37 Grad Celsius verwandelt sich das Miniprotein innerhalb von Stunden in unlösliche Proteinfasern (helle Streifen im gelben Hintergrundbild). Experimente mit Röntgenbeugung, Mikroskopie und Spektroskopie zeigen, dass in diesen entarteten Fibrillen die einzelnen Aminosärenketten gestreckt sind (rechte Struktur). Die circa ein Millionstel-Millimeter dicken Fibrillen wurden zu wellblechartigen Strukturen umgelagert, zu sogenannten beta-Faltblättern. Bei allen bisher bekannten Amyloidfibrillen, z. B. bei Alzheimer-Erkrankungen, liegen die Aminosäureketten als beta-Faltblätter vor.
Bildquelle: Paul-Scherrer-Institut (PSI)
zuletzt bearbeitet: 31.03.2004 
