09.06.2021 - Georg-August-Universität Göttingen

Biomoleküle einfach markiert – für die Kontrolle von Immunzell-Membranen

Neues Labeling für Peptide entwickelt

Biomoleküle bestimmen die biologischen Funktionen im Inneren lebender Zellen. Die Fähigkeit, den molekularen Mechanismus solcher Funktionen aufzuklären, ermöglicht es, schwere Funktionsstörungen zu erkennen. Auf molekularer Ebene kann dies mit fluoreszierenden Markern gelingen, welche gezielt in die jeweiligen Biomoleküle eingebaut werden. Traditionell wird dies durch Labeling der Biomoleküle, also eine Markierung verwirklicht, welche das Molekül komplett in vielen Schritten neu aufbaut. Dieser Ansatz beansprucht leider nicht nur viel Zeit und Ressourcen, sondern liefert auch unerwünschte Abfallprodukte. Forscher der Universitäten Göttingen und Edinburgh konnten nun zeigen, dass ein Komplex des häufig vorkommenden, nicht toxischen Metalls Mangan das nützliche „letzte-Minute“-Labeling von speziellen Biomolekülen, den Peptiden, ermöglicht. Dadurch kann das Wirkprinzip dieser markierten Peptide untersucht werden.

Die Forschungsgruppe hat eine selektive Markierung von Peptiden und Naturstoffen in einem späten Syntheseschritt durch Aktivierung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in Tryptophan-Resten entwickelt. Diese experimentell einfache Strategie ermöglicht es, neuartige fluoreszierender Peptide, die eine hohe Empfindlichkeit für ihre biologische Umgebung aufweisen, effizient herzustellen. Das Team erschaffte damit einen hoch empfindlichen sogenannten Rotor mit der Fähigkeit, Veränderungen in der Zusammensetzung von Membranen von Immunzellen anzuzeigen. Seine Fluoreszenz steht dabei in Abhängigkeit von der Zähflüssigkeit der Zellmembran. Die Forscher beobachteten strahlende Fluoreszenz in Anwesenheit von Cholesterin in der Zellmembran. Durch den Rotor können auf diese Weise bestimmte Moleküle in Zellen, die für das „erworbene Immunsystem“ gegen Infektionen und Krebs von Bedeutung sind, gescreent werden.

„Das Projekt zeigt die Stärke der Kombination von chemischen, biologischen und medizinischen Studien, welche die direkte Beobachtung von zellspezifischen Ereignissen erlauben“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Lutz Ackermann von der Universität Göttingen. „Des Weiteren stellt die erfolgreiche Zusammenarbeit sicher, dass unsere Entdeckungen nicht nur im Bereich der Chemie, sondern auch im Bereich der biomedizinischen Wissenschaften einen sofortigen Einfluss haben. Austausch von Ideen und Expertise zwischen den Teams kann ein gemeinsames Angehen der Probleme des wirklichen Lebens ermöglichen.“

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