Forscher des Forschungszentrums Jülich und des Berlin Institute of Health an der Berliner Charité haben eine neuartige Methode entwickelt, um die Anzahl der Untereinheiten innerhalb von Proteinkomplexen zu bestimmen. Die Methode ist eine Weiterentwicklung der „superauflösenden“ Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie (SMLM), deren Entwickler 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden. Mit der neuen Technik können Forscher die Zusammensetzung von Proteinkomplexen in intakten Zellen analysieren.
Die neue Methode basiert auf der klassischen SMLM, allerdings werden hier Proteine nicht mit einem, sondern mit zwei unterschiedlichen fluoreszierenden Proteinen markiert. Diese Besonderheit hat zum Namen DCC-SMLM geführt, wobei „DCC“ für „Dual-Color Colocization“ steht. Aus dem Grad der Überlappung („Kolokalisation“) der beiden Farbsignale wird die durchschnittliche Anzahl an Untereinheiten pro Proteinkomplex berechnet.
Proteine sind die Grundbausteine des Lebens. Sie sind für den Aufbau und die Funktion von Zellen verantwortlich und an nahezu allen Aufgaben des Organismus beteiligt.
Viele Proteine funktionieren jedoch nicht alleine, sondern als Untereinheiten größerer Proteinkomplexe. Zu wissen, aus wie vielen Untereinheiten ein solcher Proteinkomplex besteht, ist wichtig, um krankheitsverursachende Funktionsstörungen zu verstehen. Es gibt eine Reihe genetischer Erkrankungen, die mit einem gestörten Aufbau von Proteinkomplexen einhergehen, beispielsweise Defekte im Aufbau von Ionenkanälen bei Herzrhythmusstörungen, Epilepsien oder Nierenfunktionsstörungen.
Die Anwendung des klassischen SMLM-Verfahrens ist durch seine Empfindlichkeit gegenüber Hintergrundsignalen begrenzt. Diese Hintergrundsignale sind innerhalb intakter biologischer Proben unvermeidbar und müssen von spezifischen Signalen durch die biologische Probe isoliert werden. Diese Anforderung macht die Untersuchung von Proteinen in intakten Zellen oft schwierig.
Die neue DCC-SMLM-Technik ist deutlich unempfindlicher gegenüber solchen Störsignalen und ermöglicht eine genaue Zählung auch bei Verwendung weniger effizienter Fluoreszenzmarker. Somit ermöglicht DCC-SMLM die Untersuchung von Proteinkomplexen in der Zellmembran intakter Zellen.
In ihrer Arbeit konnten die Forscher die Zusammensetzung von Komplexen aufklären, die für den Transport des Neurotransmitters Glutamat in Nervenzellen verantwortlich sind. Die Wissenschaftler zeigten außerdem, dass Proteinkomplexe der sogenannten SLC26-Familie auch in intakten Zellen aus zwei Untereinheiten bestehen.
Diese befinden sich beispielsweise im Darm, in der Niere und in Haarzellen des Innenohrs, wo sie als Motorproteine fungieren und dem Gehör eine außergewöhnliche Sensibilität verleihen. Frühere Studien waren widersprüchlich und sagten vier Untereinheiten in intakten Zellen, aber nur zwei Untereinheiten pro Komplex in gereinigten Proteinen voraus.
Die Studie wurde veröffentlicht in eLife.
Mehr Informationen:
Hua Leonhard Tan et al, Bestimmung oligomerer Zustände von Proteinen durch Zweifarben-Kolokalisation mit Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.76631