Archiv der Kategorie: Hochschule

Wenn Ribosomen steckenbleiben

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Presseinformation der LMU München vom 09.06.2011

Entsorgung defekter RNA sichtbar gemacht

Die genetische Information aus dem Zellkern wird von sogenannten mRNAs – dem Erbmolekül DNA eng verwandte Botenmoleküle – in das Zellinnere übermittelt, wo anhand dieser Vorlage Proteine synthetisiert werden. Damit dabei keine Fehler auftreten, besitzt die Zelle ein eigenes Qualitätsmanagement, das defekte mRNAs erkennt und entsorgt. Ein Team um Professor Roland Beckmann vom Genzentrum und Department für Biochemie der LMU München und dem Exzellenzcluster „Center for Integrated Protein Science Munich“ (CiPSM) konnte nun zum ersten Mal einen durch fehlerhafte mRNA blockierten Proteinkomplex strukturell analysieren. Dabei gelang es den Wissenschaftlern, visuell darzustellen, wie der Komplex durch bestimmte Proteinfaktoren erkannt und destabilisiert wird, sodass defekte mRNA entsorgt werden kann.

Das zellinterne Qualitätsmanagement ist wichtig, um die Akkumulation fehlerhafter Proteine zu vermeiden und auch, um die zellulären Proteinfabriken – die Ribosomen – von solchen Problem-RNAs abzulösen, sodass wieder funktionale Proteine produziert werden können. In Zellen höherer Organismen gibt es drei Hauptwege,  mit denen fehlerhafte mRNA erkannt und abgebaut werden kann: Die sogenannten Nonstop-Decay (ND) beziehungsweise Nonsense-Mediated-Decay (NMD) Abbauwege erkennen vor allem mRNA, denen bestimmte Sequenzen fehlen oder deren Verarbeitung vorzeitig stoppt. Der sogenannte No-Go-Abbauweg (Nogo-Decay) dagegen richtet sich gegen mRNA, die im Ribosom stecken bleibt und so die Produktion weiterer Proteine blockiert. Der verstopfte Komplex wird von den Faktoren Dom34 und Hbs1 erkannt und letztlich dem Abbau zugeführt – wie die Erkennung vor sich geht und welche strukturellen Eigenschaften nötig sind, damit die fehlerhafte mRNA abgebaut werden kann, war bisher nicht bekannt.

Die Wissenschaftler um Beckmann untersuchten den No-Go-Abbauweg mittels Kryo-Elektronenmikroskopie und konnten mithilfe dieser Methode erstmals einen blockierten ribosomalen Komplex dreidimensional darstellen. „Wir haben mit einer Verstopfungs-mRNA steckengebliebene Ribosomen erzeugt und diese anschließend dreidimensional visualisiert. So konnten wir untersuchen, wie die Faktoren Dom34/Hbs1 den Komplex erkennen und an das Ribosom binden“, sagt Beckmann. Im Ergebnis fanden die Wissenschaftler, dass Dom34/Hbs1 den Komplex destabilisiert, sodass entweder der gesamte Komplex zerlegt oder nur die mRNA gelöst und abgebaut werden kann. Auf Grundlage ihrer Analysen entwickelten die Forscher ein Modell, nachdem die Bindung von Dom34/Hbs1 an den ribosomalen Komplex energetisch vorteilhaft ist, wenn das Ribosom blockiert ist. Die Art des mRNA-Fehlers scheint dabei keine Rolle zu spielen, sodass der Dom34/Hbs1-Komplex gemeinsam mit weiteren Faktoren möglicherweise auch über den No-Go-Abbauweg hinaus allgemein als Rettungssystem für blockierte Ribosomen dient. (göd)

Publikation:
Structure of the no-go mRNA decay complex Dom34-Hbs1 bound to a stalled 80S ribosome.
T. Becker, J.-P. Armache, A. Jarasch, A.M. Anger, E. Villa, H. Sieber, B. Abdel Motaal, T. Mielke, O. Berninghausen & R. Beckmann.
Nature Structural & Molecular Biology Vol.18, pp 715-720 (2011)
doi:10.1038/nsmb.2057

Externer Link: www.uni-muenchen.de

Peptidvesikel: Durchbruch bei Nanoträgersystem für Medikamente

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Medienmitteilung der Universität Basel vom 09.06.2011

Forschende der Universität Basel haben ein intelligentes Nanoträgersystem auf Basis von Peptiden geschaffen. Aufgrund ihres besonderen Aufbaus organisieren sich die Peptide im Wasser selbst zu Hohlkörperstrukturen im Nanometerbereich, sogenannten Vesikel. Voraussetzung dafür ist die Ausbildung einer Membran, die nun erstmals mit reinen Peptiden erzeugt werden konnte. Das neue Nanoträgersystem kann für den Transport und Schutz unterschiedlicher Gastmoleküle wie Medikamente verwendet werden. Durch die Verwendung von Peptiden baut sich das Trägersystem nach seinem Einsatz im Körper vollständig ab. Die Forschungsergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins «Small» beschrieben.

Aminosäuren sind natürliche Grundbausteine von Peptiden, Proteinen und Enzymen und bieten ein breites Feld an Funktionalitäten. Einige von ihnen können je nach vorherrschenden pH-Wert ihren Ladungszustand ändern und damit strukturelle Veränderungen in einem Peptide hervorrufen und somit ein unterschiedliches Löslichkeitsverhalten auslösen. Mit diesen wandelbaren Eigenschaften bieten sich Peptide als ideale Materialien zur Herstellung von funktionellen Medikamententrägersystemen im Nanometerbereich an. Nanostrukturen können durch das Zusammenlagern sogenannter Amphiphile entstehen, die in einem Molekül einen wasserliebenden (hydrophil) und einen wasserabstossenden (hydrophob) Bereich vereinen. Ein Knackpunkt im Design solcher Materialien mittels rein peptidischen Amphiphilen stellte bisher die Herstellung des hydrophoben Bereichs dar, um eine klare Trennung in hydrophil und hydrophob zu erlangen. Das Forschungsteam von Prof. Wolfgang Meier vom Departement Chemie und NCCR Nano der Universität Basel verwendete als hydrophoben Bereich Teile eines in der Natur vorkommenden Membranproteins, das dank seiner Sekundärstruktur nach Aussen hydrophob erscheint. Für den hydrophilen Bereich wurde eine kurze Abfolge von hydrophilen Aminosäuren gewählt.

Je kürzer ein amphiphiles Molekül ist, desto sensibler und flexibler kann es auf Umwelteinflüsse reagieren, aber umso geringer sind die Möglichkeiten zur Wechselwirkung zwischen den Peptiden, um stabile Nanostrukturen aufzubauen. Deshalb wurden die Peptide so gestaltet, dass zwischen ihnen eine gezielte Wechselwirkung stattfinden kann. Dieser Mechanismus wurde als grundlegend identifiziert, um Peptidvesikel mit einer stabilen Membranstruktur auszubilden. Dabei kam den Forschenden zu Nutze, dass der verwendete hydrophobe Teil von Natur aus reich an der Aminosäure Tryptophan ist und somit in Wechselwirkung mit anderen Tryptophanen zu einer stabilisierenden Wirkung zwischen den Peptiden treten kann. Zudem wurde das hydrophobe Ende so optimiert, dass dort eine spezifische Wechselwirkung ermöglicht wurde. Der Einbau der Aminosäure Glutaminsäure im hydrophilen Bereich sorgt für das Entstehen von intermolekularen Wasserstoffbrücken und somit zu weiteren spezifischen Wechselwirkungen.

Peptidevesikel können als Trägersystem fungieren indem im Innern wasserlösliche Gastmoleküle eingeschlossen werden. Gleichzeitig können in der hydrophoben Membranschicht wasserunlösliche Stoffe eingelagert werden. Die Forschenden veranschaulichten dies erfolgreich mit Fluoreszenzfarbstoffen.

Das vorgestellte, innovative System kann für den Transport und Schutz von unterschiedlichen Gastmolekülen wie z.B. Medikamente verwendet werden. Der Einsatz von Glutaminsäure birgt zusätzlich den Vorteil, dass das System sensibel auf Umwelteinflüsse wie beispielsweise pH-Wert-Änderungen reagieren kann. Dieses Verhalten kann optimiert werden, um eine gezielte Medikamentenfreisetzung zu bewirken. Durch die Verwendung von Peptiden ist auch der vollständige Abbau nach potentieller Medikamentendarreichung gewährleistet, um Anreicherungen des Trägersystems im Körper zu verhindern.

Originalbeitrag:
Thomas B Schuster, Dirk de Bruyn Ouboter, Nico Bruns und Wolfgang Meier
Exploiting dimerization of purely peptidic amphiphiles to form vesicles
Small, published online: 31 MAY 2011, DOI: 10.1002/smll.201100701

Externer Link: www.unibas.ch

Wärmedämmung mit Stroh

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Presseaussendung der TU Wien vom 07.06.2011

Gepresste Strohballen sind ein verblüffend simples und wirkungsvolles Dämmmaterial. An der Technischen Universität (TU) Wien wurde von der Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) das Dämmen mit Stroh nun zur Marktreife gebracht.

Die einfachsten Ideen sind manchmal die besten: Für die Wärmeisolierung von Häusern braucht man nicht unbedingt High-Tech-Materialien, gepresste Strohballen stellen sich als umweltfreundliche und vielseitig einsetzbare Alternative heraus. Die Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) an der TU Wien hat das Konzept genauer untersucht und zur Marktreife gebracht. Die „S-HOUSE Ballen“ sind nun ein offiziell zertifizierter Dämmstoff und können ab sofort eingesetzt werden, um den hohen Ressourcen- und Energieverbrauch der Baubranche zu reduzieren.

CO2-sparende Alternative

„Unser zentrales Ziel war eine Weiterentwicklung des Strohbaus, aufbauend auf bisherigen Forschungsergebnissen“, erklärt Sören Eikemeier (GrAT, TU Wien). Stroh hat viele Vorteile: Es ist ein reines Naturprodukt, speichert Kohlenstoff und ist daher klimafreundlich. Mit einem strohgedämmten Haus lassen sich rund zwanzig Tonnen CO2 vermeiden. Entgegen verbreiteten Vorurteilen brennt Stroh in gepresster Form sehr schlecht und stellt daher kein Sicherheitsrisiko dar.

Behördlich als Baustoff zugelassen

Erzeugt werden nun quaderförmige Dämmelemente in unterschiedlichen Abmessungen aus Getreidestroh. Sie können für Wand- oder Deckenisolierung oder auch für die Dämmung von Dachkonstruktionen eingesetzt werden. Schon von Anfang an war klar: Wenn man nicht nur ein akademisches Konzept vorstellen will, sondern das Produkt tatsächlich auf den Markt bringen möchte, dann ist eine baubehördliche Zulassung der Strohballen als Dämmstoff nötig – und das ist durch die Bemühungen der GrAT an der TU Wien nun gelungen. Damit müssen keine zusätzlichen Auflagen für eine Baugenehmigung mehr erfüllt werden, Bauträger und Nutzer können auf ein Produkt mit hohen Qualitätsstandards vertrauen, das auch Sicherheit in Gewährleistungsfragen bietet. Außerdem wird es als geprüfter ökologischer Dämmstoff mit der Österreichischen Technischen Zulassung (ÖTZ) bei Wohnbauförderungen berücksichtigt.

TU Wien arbeitet am „Haus der Zukunft“

Die „S-HOUSE Ballen“ sind Teil eines Projektes der Programmlinie „Haus der Zukunft“, die vom österreichischen Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie finanziert wird. In vielen Teilprojekten werden Ideen entwickelt, Bauen und Wohnen umweltverträglicher zu machen. Das Bauen mit Stroh gehört zu den international am meisten beachteten Ergebnissen der Programmlinie „Haus der Zukunft“. Österreich hat sich in Europa durch zahlreiche erfolgreich durchgeführte Projekte die Themenführerschaft in diesem Bereich erarbeitet. Unterstützt wurde die Erarbeitung der ÖTZ der S-HOUSE Ballen auch von den Ländern Nieder- und Oberösterreich.

Bestellungen bereits möglich

Das beste Konzept bleibt wirkungslos, wenn man Produzenten und Konsumenten nicht zueinander bringen kann. Produzenten und Landwirte erhalten daher von der GrAT das Know-how zur durchgängigen Logistik und Qualitätssicherung, um den Rohstoff Stroh zu einem marktfähigen Dämmstoff zu verarbeiten. Wer nun daran interessiert ist, sein Haus ökologisch sinnvoll zu dämmen, kann die S-HOUSE Ballen über die GrAT beziehen. Zurzeit ist eine Bestellung der gewünschten Ballenanzahl vor dem Beginn der Ernte erforderlich, an einer ganzjährigen Verfügbarkeit wird gerade gearbeitet. Eine Zwischenlagerung beim Produzenten ist möglich, der Transport kann organisiert werden. Auch Beratung durch Strohbauexperten wird angeboten.

Die GrAT

Die Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) ist ein wissenschaftlicher Verein an der Technischen Universität Wien und setzt sich aus AkademikerInnen und StudentInnen der verschiedensten Fachrichtungen zusammen. Die verbindende Idee ist das gemeinsame Bewusstsein um die Verantwortung für einen sozial- und umweltverträglichen Umgang mit Technik und ihren Folgen. Im Rahmen flexibler Projekt- und Arbeitsstrukturen werden die Themen Angepasste Technologie, Nachhaltige Entwicklung und Kreislaufwirtschaft in interdisziplinären Forschungsprojekten bearbeitet und weiterentwickelt. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

Forscher lüften das Geheimnis um extrem widerstandsfähige Krebszellen

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Pressemitteilung der Universität Regensburg vom 01.06.2011

Publikation in „BMC Cancer“

Das Chondrosarkom ist ein besonders schwierig zu behandelnder Knochentumor, der zudem eine verhältnismäßig hohe Widerstandskraft hat. So ist dieser Tumortyp offensichtlich resistent gegenüber Behandlungsmethoden wie der Chemotherapie oder der Bestrahlungstherapie. Einer der Hauptgründe für die Überlebensfähigkeit des Tumors scheint dabei das Protein Survivin zu sein, das im Wesentlichen nur von Krebszellen produziert wird und den programmierten Zelltod (die Apoptose) hemmt. Es wird deshalb auch „Überlebens-Protein“ genannt. Das Protein Survivin ist vor diesem Hintergrund ein wichtiger Ansatzpunkt für moderne Krebstherapien. Allerdings ist die Funktion des Proteins im Zusammenhang mit der Entwicklung des Chondrosarkoms nur unzureichend untersucht.

Ein Team von Forschern um Dr. Philipp Lechler von der Klinik und Poliklinik für Orthopädie und orthopädische Chirurgie für die Universität Regensburg in Bad Abbach haben die Rolle von Survivin bei Erkrankungen mit dem Chondrosarkom nun eingehend untersucht. Die Analysen der Wissenschaftler fanden dabei „in vitro“ statt, also in einer kontrollierten künstlichen Umgebung außerhalb eines lebenden Organismus. Dafür wurden Chondrosarkom-Zellen von insgesamt zwölf Patienten entnommen und mit den neusten Methoden der Histologie untersucht: unter anderem wurde die Prozesse des Zellwachstums, des Zelltods und der Genexpression – also die Produktion von RNA und Proteine aus den genetischen Informationen in der Zelle – eingehend analysiert.

Das Forscherteam konnte nachweisen, dass auch in Chondrosarkom-Zellen eine Vielzahl von Survivin-Proteinen über Genexpression produziert wird. Dies weist auf die zentrale Bedeutung des Proteins bei der Resistenz des Chondrosarkoms gegenüber der Chemotherapie hin. Allerdings gelang es den Forschern auch, über die gezielte Beeinflussung der RNA-Interferenz – einem natürlichen Mechanismus in biologischen Zellen, der der Abschaltung oder Stilllegung von Genen dient – die Apoptose von Chondrosarkom-Zellen in vitro zu fördern. Damit bieten sich weitere Möglichkeiten, um das Chondrosarkom zukünftig auch dann zu behandeln, wenn es schon gefährliche Metastasen gebildet hat.

Die Ergebnisse der Forscher sind vor kurzem in der international bekannten Fachzeitschrift „BMC Cancer“ veröffentlicht worden (DOI: 10.1186/1471-2407-11-120). (Alexander Schlaak)

Externer Link: www.uni-regensburg.de

Neues Coenzym Q10 mit verbesserten anti-oxidativen Eigenschaften entdeckt

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Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 03.06.2011

Coenzym Q10 ist eine wichtige Komponente der Energiegewinnung im menschlichen Körper. Da es außerdem sehr starke anti-oxidative Eigenschaften besitzt, wird es in vielen Cremes und als Nahrungsergänzungsmittel vermarktet. Wissenschaftler vom Institut für Biophysik der Universität des Saarlandes haben in Zusammenarbeit mit mazedonischen Forschern eine neue Coenzym Q-Form entdeckt, die noch stärkere anti-oxidative Eigenschaften besitzt und auch eine wichtige Rolle für den Calcium-Stoffwechsel spielt. Die Ergebnisse wurden kürzlich im renommierten Journal of the American Chemical Society (24. Mai 2011) publiziert und sind von der Universität auch patentiert worden.

Coenzym Q10 spielt eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung in Zellen: Es ist mitverantwortlich für den Transport von Elektronen in der Mitochondrienmembran, ein Prozess, der letztendlich zur Produktion von Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) führt. Des Weiteren besitzt Coenzym Q10 anti-oxidative Eigenschaften: Es vernichtet freie Radikale, die im Körper zellschädigend wirken und Alterungsprozesse beschleunigen.

Dr. Ivan Bogeski, Dr. Reinhard Kappl und Prof. Markus Hoth vom Institut für Biophysik der Universität des Saarlandes haben in Zusammenarbeit mit mazedonischen Wissenschaftlern um Prof. Rubin Gulaboski, der 2008 und 2009 als Humboldtstipendiat an der Saar-Uni geforscht hat, nun eine neue natürliche Form des Coenzyms Q10 entdeckt. Sie resultiert aus einer chemischen oder enzymatischen Umwandlung des ursprünglichen Moleküls. Die Forscher fanden heraus, dass die neue Coenzym Q10-Variante ein sehr starkes und besser wasserlösliches Antioxidanz ist als das herkömmliche Coenzym Q10. Inwieweit diese anti-oxidative Eigenschaft für die Zelle relevant ist, muss in zukünftigen Experimenten geklärt werden. Darüber hinaus kann die neu entdeckte Verbindung Calcium binden und sogar über Membranen transportieren. Diese Eigenschaft könnte durch die Regulierung der Calcium-Konzentration in den Mitochondrien, die als „Kraftwerke der Zelle“ unter anderem die ATP-Produktion beeinflussen, von großer physiologischer Bedeutung sein.

Externer Link: www.uni-saarland.de