Virologen der Saar-Uni entdecken neuen Mechanismus, der die Hautkrebs-Entstehung begünstigt

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 23.06.2017

Wer ohne Sonnenschutz im Sommer unterwegs ist, setzt seine Haut mitunter zu viel UV-Strahlung aus, die Hautkrebs verursachen kann. Forschern der Saar-Uni um Professorin Sigrun Smola ist es nun gelungen, einen bisher unbekannten Mechanismus zu entschlüsseln, der Hautkrebs fördern kann. Dabei spielen Haut-Papillomviren eine zentrale Rolle. Sie unterbrechen den natürlichen Schutzmechanismus der Haut. Beobachten konnten sie dies bei Patienten, die an einer seltenen Hautkrankheit „Epidermodysplasia verruciformis“ leiden und besonders anfällig sind, an sonnenbestrahlten Stellen Hautkrebs zu bekommen. Der Gendefekt führt dazu, dass sich in den betroffenen Hautpartien bestimmte Papillomviren vermehren können. Die Ergebnisse wurden gestern im Fachmagazin „PLOS Pathogens” veröffentlicht.

Die Rolle humaner Papillomviren ist bei der Entstehung von Gebärmutterhalskrebs gut erforscht. Auch bei Hautkrebs wird schon seit längerem vermutet, dass bestimmte Haut-Papillomviren eine Rolle spielen und die krebsfördernde Wirkung von UV-Licht begünstigen können. Anna Marthaler, weitere Mitarbeiter aus dem Team von Sigrun Smola und ihre Projektpartner aus dem Universitätsklinikum des Saarlandes bringen mit ihren Forschungsergebnissen nun Licht ins Dunkel.

Bei gesunden Menschen dämmen bestimmte Moleküle, wie der Faktor C/EBPα, die schädliche Wirkung von UV-Licht auf die Haut ein. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die Papillomviren in den befallenen Hautpartien diesen Schutzmechanismus unterbrechen können. Hierfür reichte in ihren Experimenten mit organotypischen Hautkulturen ein einziges virales Protein, das so genannte HPV8 E6 Onkoprotein, aus. Als Folge wird die Arbeit einer bestimmten microRNA-203 gestört, die Stammzellen in Schach hält. Der Einfluss des viralen Onkoproteins führte daher dazu, dass diese „Bremse“ gelöst wird und sich Hautzellen mit Stammzellcharakter besser vermehren können. Viele Tumorarten haben ihren Ursprung in Stammzellen, die sich dann – wie im Falle des Hautkrebses durch zu viel UV-Licht – in Tumore verändern können.

Beobachten konnten die Wissenschaftler um Professorin Smola diese Ereigniskette an Patienten, die an der seltenen Erkrankung „Epidermodysplasia verruciformis“ leiden. Menschen, die diesen Gendefekt tragen, sind an den betroffenen Hautpartien sehr anfällig für bestimmte Haut-Papillomviren und erkranken infolgedessen vermehrt an Hautkrebs. Die saarländischen Forscher arbeiteten mit Gewebeproben der Erkrankten und konnten an diesen den unterbrochenen Wirkmechanismus nachweisen.

„Dieser Zusammenhang war bisher nicht bekannt. Interessant wird es sein, ob dieser Mechanismus auch für die Entstehung von Tumoren in anderen Gewebearten verantwortlich sein kann“, erklärt Sigrun Smola. „Außerdem eröffnet unsere Studie neue Möglichkeiten für die pharmazeutische Forschung an Medikamenten, die diesen Mechanismus wieder herstellen können.“

Publikation:
Die Studie „Identification of C/EBPα as a novel target of the HPV8 E6 protein regulating miR-203 in human keratinocytes“ ist am 22. Juni im Fachmagazin PLOS Pathogens erschienen und wurde durch die Staatskanzlei Saarland unterstützt.

Externer Link: www.uni-saarland.de

technologiewerte.de – MOOCblick Juni 2017

Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.

Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:

How to Code: Complex Data
Gregor Kiczales (University of British Columbia)
Start: 20.06.2017 / Arbeitsaufwand: 48-60 Stunden

Externer Link: www.edx.org

Graphen-„Sandwich“ mit rotierenden Molekülen

Pressemeldung der Universität Wien vom 09.06.2017

„Wundermaterial“ Graphen als Nano-Reaktionskammer

Materialforscher um Jannik Meyer von der Fakultät für Physik der Universität Wien haben eine neue Hybridstruktur hergestellt: Bei den so genannten Buckyball-Sandwiches liegt eine einzelne Lage Fulleren-Moleküle (Kugeln aus 60 Kohlenstoffatomen mit der ungefähren Struktur eines Fußballs) eingebettet zwischen zwei Graphen-Membranen. Graphen gilt als neues „Wundermaterial“ und ist eine, nur ein Atom dicke, Schicht aus Kohlenstoff. Unter dem Elektronenmikroskop konnten die Forscher nun erstmals die Diffusion von einzelnen Molekülen im zweidimensionalen Hohlraum zwischen den Graphen-Membranen nachweisen, sowie deren Rotation und das Verschmelzen von zwei oder mehreren Molekülen beobachten. Die Studie erscheint in Science Advances.

Kohlenstoff ist eines der vielseitigsten Elemente: Es bildet die Basis für eine riesige Menge an chemischen Verbindungen, man findet es in verschiedenen Formen unterschiedlicher Dimensionalität, und es kann Bindungen in diversen Geometrien eingehen. Aus diesen Gründen nehmen Kohlenstoffmaterialien schon lange einen besonderen Platz in der Materialforschung ein. Während die dreidimensionalen Strukturen aus Kohlenstoff – Diamant und Graphit – seit der Antike bekannt sind, wurde das erste niedrigdimensionale Allotrop, die quasi 0-dimensionalen Fullerene, erst 1985 entdeckt. Seit 1991 sind eindimensionale Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein beliebtes Forschungsthema; seit 2004 ist die zweidimensionale Form, Graphen, experimentell realisierbar. Auch verschiedene Kombinationen aus diesen Kohlenstoff-Allotropen, wie z.B. Fulleren-gefüllte Kohlenstoff-Nanoröhrchen und in Graphit eingebettete Fullerene haben WissenschafterInnen bereits hergestellt und erforscht.

Die Forscher der Universität Wien stellten jüngst ein hybrides Kohlenstoffsystem her, bei dem eine einzelne Lage Fullerene zwischen zwei Graphen-Schichten eingebettet ist. Die Untersuchung der Struktur dieses Buckyball-Sandwiches mittels atomar aufgelöster Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie lieferte überraschende Einblicke in die Dynamik der Moleküle. An den Rändern der Fulleren-Ebenen beobachteten die Forscher die Diffusion einzelner Fullerene innerhalb des Graphen-Sandwiches. Außerdem rotierten die Fullerene – diese Rotation wird aber blockiert, wenn die Fullerene unter längerer Elektronenbestrahlung zu größeren Objekten verschmelzen.

Mit dem Fulleren-Graphen-System haben die Wissenschafter ein neues Materialsystem hergestellt, das eine Lücke in den verfügbaren Kombinationen von Kohlenstoff-Hybridstrukturen füllt. Das Graphen-Sandwich stellt eine Nano-Reaktionskammer dar, mit der molekulare Dynamik im Transmissions-Elektronenmikroskop durch die Graphen-Fenster hindurch beobachtet werden kann. Die Forscher erwarten, dass diese Arbeit auch vielfältige neue Möglichkeiten zur Studie von anderen molekularen Systemen im zweidimensionalen Zwischenraum zweier Graphen-Membranen ermöglicht.

Originalpublikation:
Science Advances
R. Mirzayev, K. A. Mustonen, M. R. A. Monazam, A. Mittelberger, T. J. Pennycook, C. Mangler, T. Susi, J. Kotakoski, J. C. Meyer, Buckyball sandwiches. Sci. Adv. 3, e1700176 (2017)
DOI: 10.1126/sciadv.1700176

Externer Link: www.univie.ac.at

Newton auf den Kopf gestellt

Presseaussendung der Universität Innsbruck vom 01.06.2017

In der Quantenwelt bewegen sich Objekte nicht immer so, wie wir es im Alltag gewohnt sind. Innsbrucker Experimentalphysiker um Hanns-Christoph Nägerl haben gemeinsam mit Theoretikern in München, Paris und Cambridge ein Quantenteilchen beobachtet, das sich in einer Oszillationsbewegung durch ein eindimensionales Gas bewegt. Sie berichten darüber in der Fachzeitschrift Science.

Ein vom Baum fallender Apfel soll Isaac Newton zu jener Theorie inspiriert haben, die die Bewegung eines Objekts beschreibt. Die Newtonschen Gesetze besagen, dass ein sich bewegendes Objekt sich gerade weiterbewegt bis eine äußere Kraft die Bahn verändert. Die Bedeutung dieser Bewegungsgesetze ist allgegenwärtig und reicht vom Fallschirmspringer im Schwerefeld der Erde über das Gefühl der Trägheit in einem beschleunigenden Flugzeug bis zu den Umlaufbahnen der Planeten um die Sonne.

In der Quantenwelt hingegen stößt dieses Alltagsverständnis von Bewegung an Grenzen und scheitert manchmal überhaupt. „Oder können Sie sich eine Glasmurmel vorstellen, die sich durch eine Flüssigkeit auf und ab bewegt anstatt einfach runter zu fallen“, fragt Hanns-Christoph Nägerl vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. Sein Team hat gemeinsam mit Theoretikern in München, Paris und Cambridge ein Quantenteilchen entdeckt, das genau dieses Verhalten zeigt. Grundlage der überraschenden Beobachtung ist die sogenannte Quanteninterferenz, jene Gesetzmäßigkeit der Quantenmechanik, wonach Teilchen sich wie Wellen verhalten, die sich aufsummieren oder auslöschen können.

Nahe am absoluten Nullpunkt

Um das Teilchen oszillieren zu sehen, haben die Forscher ein Gas aus Cäsiumatomen fast bis auf den absoluten Nullpunkt gekühlt und in sehr dünne Röhrchen gesperrt, die mit Laserstrahlen erzeugt wurden. Durch einen speziellen Trick wurden die Atome dazu gebracht, stark miteinander zu wechselwirken. Unter diesen extremen Bedingungen bilden die Teilchen eine Art Quantenflüssigkeit, deren Bewegung nur entlang der Röhrchen möglich ist. Die Physiker beschleunigten dann ein weiteres Atom in einem anderen Spinzustand durch das Gas. Dabei beobachteten sie, wie die Quantenwelle dieses Atoms von den anderen Atomen gestreut und wieder zurückreflektiert wurde. Dies erzeugte die verblüffende Oszillationsbewegung, die im Gegensatz zu dem steht, was eine Murmel macht, wenn sie ins Wasser fällt. Das Experiment zeigt, dass Newtons Gesetze in der Quantenwelt nicht uneingeschränkt gelten.

Kristallines Verhalten von Quantenflüssigkeiten

Die Tatsache, dass Quantenwellen in bestimmte Richtungen reflektiert werden können, ist nicht neu. So ist zum Beispiel bekannt, dass Elektronen im Kristallgitter eines Festkörpers reflektiert werden, was als Bragg-Streuung bezeichnet wird. Im Innsbrucker Experiment war allerdings kein Kristall vorhanden. Es war vielmehr das atomare Gas selbst, das eine Art versteckte Ordnung darstellte, was Physiker als Korrelationen bezeichnen. Die nun in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Arbeit zeigt, wie diese Korrelationen in Verbindung mit der Wellen-Natur von Materie die Bewegung von Teilchen in der Quantenwelt bestimmen und zu neuen Phänomenen führen, die auf den ersten Blick unserer Intuition widersprechen.

Die Eigentümlichkeit der Quantenmechanik zu verstehen, kann auch für breitere Anwendungen interessant sein und zum Beispiel dabei helfen, grundlegende Mechanismen in elektronischen Bauteilen oder sogar Transportprozesse in komplexen biologischen Systemen besser zu verstehen.

Diese Forschungen wurden unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und dem europäischen Wissenschaftsrat ERC und dem TUM Institute for Advanced Study finanziell unterstützt.

Originalpublikation:
Bloch oscillations in the absence of a lattice. Florian Meinert, Michael Knap, Emil Kirilov, Katharina Jag-Lauber, Mikhail B. Zvonarev, Eugene Demler, Hanns-Christoph Nägerl. Science 2017. DOI: 10.1126/science.aah6616

Externer Link: www.uibk.ac.at