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Verborgener Code

Forschen Universität

Computersimulation einer amphipathischen Helix in einer Modellmembran bestehend aus Phosphatidsäure und Phosphatidylcholin. Positiv geladene Aminosäure-Seitenketten sind blau, negativ geladene Aminosäure-Seitenketten rot dargestellt. Grafik: Max-Planck Institut Frankfurt, Michael Gecht.

Grazer Forscher fand heraus, wie Zellen kritische Membraneigenschaften erkennen und regulieren

Damit hochkomplexe Prozesse in der Zelle geordnet ablaufen können, müssen molekulare Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen reibungslos funktionieren. Gestörte Interaktionen können eine Vielzahl von Krankheiten auslösen, weshalb es essenziell ist, diese Wechselwirkungen genau zu erforschen. Eine besonders wichtige Rolle kommt in dieser Hinsicht Protein-Interaktionen mit biologischen Membranen zu. Diese Membranen grenzen eine Zelle nach außen ab oder bilden abgeteilte Bereiche innerhalb einer Zelle und sind aus verschiedenen speziellen Fetten (Lipiden) aufgebaut. Sie verleihen der Membran Stabilität, Dynamik und eine hohe Flexibilität. „Die für ihre Funktion entscheidenden Membraneigenschaften werden von speziellen Membran-Sensoren kontrolliert. Sie können bei gestörter Lipidzusammensetzung auch geeignete zelluläre Reparaturprozesse einleiten“, erklärt Harald Hofbauer vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Universität Graz.

Bislang war die Selektivität dieses Erkennungsprozesses weitgehend ungeklärt. Harald Hofbauer hat während seines Auslandsaufenthaltes in der Arbeitsgruppe von Robert Ernst in Frankfurt/Main jedoch herausgefunden, dass bestimmte Strukturen in diesen Lipidsensoren, sogenannte „amphipathische Helices“, dafür verantwortlich sind, um neben der spezifischen Lipidzusammensetzung auch biophysikalische Eigenschaften wie Membranfluidität und Membrankrümmung zu erkennen. „Es scheint eine Art verborgener Membran-Erkennungscode in diesen amphipathischen Helices zu existieren, um Membraneigenschaften zu detektieren und bei nicht tolerierbaren Abweichungen Gegenmaßnahmen einzuleiten oder sogar den zellulären Notstand auszurufen“ erläutert Hofbauer, dessen Forschungsergebnisse kürzlich im höchst renommierten Fachblatt „The Journal of Cell Biology“ erschienen sind. Die Erkenntnisse könnten einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung neuartiger Antibiotika auf Basis von Membran-aktiven Peptiden liefern.

Zukünftig will Hofbauer, der aktuell wieder in der Arbeitsgruppe von Sepp-Dieter Kohlwein am Institut für Molekulare Biowissenschaften an der Universität Graz tätig ist, gemeinsam mit den Biophysikern Karl Lohner und Georg Pabst und KooperationspartnerInnen am Max-Planck-Institut in Frankfurt im Detail untersuchen, wie solche amphipathischen Helices kritische Membraneigenschaften erkennen und eine speziell darauf zugeschnittene zelluläre Antwort einleiten. „Meine Forschungsergebnisse sollen in Zukunft zur Optimierung von Membran-spezifischen Lipidsensoren beitragen und auch die Herstellung von hoch-selektiven antimikrobiellen Peptiden ermöglichen“ so Hofbauer. Graz sei aufgrund der exzellenten Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Forschungseinrichtungen ein besonders gutes Pflaster für die zukunftsweisenden Arbeiten, so der Wissenschafter.

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