Neues Toolkit hilft Wissenschaftlern bei der Untersuchung des natürlichen Zelltods

Neue Forschungsergebnisse des Weeks Lab in der Abteilung für Biochemie eröffnen Wissenschaftlern die Möglichkeit, den Zelltod, einen entscheidenden biochemischen Prozess, einfacher zu erforschen.

Wenn Laubbäume jedes Jahr ihre Blätter abwerfen, wenn die Temperaturen abkühlen, ist das kein Zeichen für den Tod eines Organismus, sondern eher ein Hinweis auf einen gesunden Baum voller Leben. Auch der geordnete und absichtliche Zelltod, die Apoptose, ist ein Zeichen guter menschlicher Gesundheit.

Zellen unterliegen aus vielen verschiedenen Gründen der Apoptose, unter anderem durch die Eliminierung zusätzlicher Immunzellen, die nach der Abwehr einer Infektion übrig bleiben, oder durch das Stoppen der unkontrollierten Zellteilung.

Eine Zelle, die Apoptose durchläuft, schneidet Proteine, die aus langen Ketten von Aminosäuren, sogenannten Peptiden, bestehen, an bestimmten Spaltstellen auseinander. Das Ergebnis sind neue, kürzere Peptidketten, die bestimmte Zellfunktionen stoppen oder sogar das Potenzial für neue Funktionen schaffen können. Dieser als Proteolyse bezeichnete Prozess des Aufspaltens von Proteinen ist stark reguliert. Durch Proteolyse wird der Zelltod kontrolliert, wodurch Schäden an benachbarten Zellen verhindert werden.

Wenn proteolytische Prozesse wie die Apoptose nicht wie vorgesehen ablaufen, kann dies schwerwiegende Folgen haben. Krebstumoren können beispielsweise entstehen, wenn ungesunde Zellen keine Apoptose durchlaufen und sich stattdessen weiter vermehren.

Den Wissenschaftlern fehlt das vollständige Bild darüber, wo Proteine ​​gespalten werden, woher Zellen wissen, wo sie Proteine ​​schneiden müssen und wie jeder Schnitt die Proteinfunktion verändert. Das liegt daran, dass die verfügbaren Werkzeuge zur Untersuchung proteolytischer Wege bisher teuer waren und spezielles Fachwissen zur Synthese von Sonden erforderten, die Spaltungsstellen chemisch erkennen konnten. Dies hat den Zugang zu den Werkzeugen für viele Wissenschaftler eingeschränkt.

Forscher im Weeks Lab haben eine neue Toolbox für Wissenschaftler entwickelt, die Proteinspaltstellen im Zusammenhang mit Apoptose und anderen proteolytischen Signalwegen untersuchen. Ihr Werkzeug nutzt die einzigartigen biochemischen Eigenschaften von Proteinfragmenten und nutzt kostengünstigere, effizientere, handelsübliche chemische Verbindungen, um die Stellen zu identifizieren, an denen Proteine ​​geschnitten wurden.

Wenn ein Protein geschnitten wird, erbt ein Fragment den ursprünglichen Startpunkt, während das andere einen neuen Startpunkt festlegen muss. Diese neuen Ausgangspunkte haben eine einzigartig starke Affinität zu Vitamin B7, auch bekannt als Biotin. Das Weeks Lab verwendete Biotin als Klebstoff, um chemische Verbindungen an die Enden von Proteinfragmenten zu binden und so die Fragmente zu isolieren.

Von dort aus können die Fragmente analysiert werden, um mehr darüber zu erfahren, wie Zellen Spaltstellen identifizieren und wie ein Schnitt die Funktion eines Proteins verändern kann. Diese Informationen könnten neue Erkenntnisse über die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit liefern, wenn diese Wege schiefgehen.

Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Zellchemische Biologie.