Lichtgesteuerte Eiweißfragmente schalten Krebs-Gene ein und aus Licht als Fernbedienung für Proteine - scinexx | Das Wissensmagazin
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Lichtgesteuerte Eiweißfragmente schalten Krebs-Gene ein und aus

Licht als Fernbedienung für Proteine

Licht schaltet die Aktivität des AP-1 Transkriptionsfaktors (blau-grün) in lebenden Zellen mit Hilfe des Inhibitors (rot-gelb), der mit einem speziellen lichtsensitiven chemischen Adapter modifiziert wurde. © Prof. Dr. Katja Arndt

Das Ablesen von Genen und die damit verknüpfte Herstellung von Proteinen sind entscheidend für das korrekte Funktionieren jeder Zelle. Diese Genexpression wird durch spezielle Eiweißmoleküle, so genannte Transkriptionsfaktoren, gesteuert. Ihre Veränderung führt in den meisten Fällen zu einer krankhaften Veränderung wie etwa Krebs. Forscher haben nun kleine Eiweißfragmente konstruiert, die eine fehlregulierte Genexpression hemmen können.

In Zusammenarbeit mit dem Team von Andrew Woolley, Professor an der University of Toronto, entwickelten Freiburger Wissenschaftler um Professorin Katja Arndt vom Institut für Biologie einen Mechanismus, mit dem sich diese Inhibitoren „per Lichtschalter“ fernsteuern lassen. Die Forscher stellen ihre Ergebnisse jetzt in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ vor.

Molekulare Lichtschalter

Die neue Studie verknüpft zwei Expertisen: die von Arndt konstruierten Inhibitoren, die Onkogene (Krebs-Gene) regulieren, und chemische Adaptermoleküle, die in Abhängigkeit von der Wellenlänge in zwei strukturellen Zuständen vorkommen und Team von Woolley entwickelt wurden.

Die chemischen Linker können derart an die Inhibitoren gekoppelt werden, dass sie wie ein Lichtschalter funktionieren: Im lichtangestrahlten Zustand ist der Inhibitor „an“, also aktiv, und im dunklen Zustand ist der Inhibitor „aus“, also inaktiv. Die Forscher können mithilfe dieses schaltbaren Inhibitors die Aktivität des krebserzeugenden Transkriptionsfaktors AP-1 – Activator Protein 1 – steuern.

Selbst eine Grundvoraussetzung für die Steuerung der Genexpression, die Kontrolle der DNA-Bindung, lässt sich durch Licht lenken. Auch nachgeschaltete Gene knipsen die Forscher unter der Kontrolle des AP-1 Transkriptionsfaktors wie mit einem Lichtschalter an und aus. Durch „Einschalten“ des Lichts aktivieren sie den Inhibitor und hemmen damit die Expression, durch „Ausschalten“ des Lichts heben sie die Inhibition wieder auf.

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Viele Anwendungsmöglichkeiten

Für die neue Technologie bieten sich nach Angaben der Wissenschaftler viele Anwendungsmöglichkeiten. Zum einen sind solche molekularen Lichtschalter interessante Bauteile für den Steckkasten der Synthetischen Biologie, einem Kernstück von BIOSS, denn sie ermöglichen in synthetischen Signalwegen eine einfache Kontrolle von außen.

Zum anderen versprechen sich die Wissenschaftler interessante Anwendungen in der Systembiologie. So spielen die neu entwickelten Lichtschalter bei der Erforschung zeitlich kontrollierter biologischer Prozesse, wie etwa der Entstehung und Wiedererkennung von Angst, eine Rolle. In der Medizin können die Lichtschalter als Leitsubstanzen für mögliche neue Therapieansätze eingesetzt werden.

(idw – Universität Freiburg im Breisgau, 04.05.2010 – DLO)

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