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Per Designerdroge die Zelle durchschauen

Pressemitteilung 2016/104 vom

Das Stichwort "Designerdrogen" könnte Assoziationen zu Partydrogen hervorrufen, die einen wilden Cocktail von Neurotransmittern freisetzen. In der Biochemie beschreibt es jedoch vor allem eines: ein Molekül, das gezielt entwickelt wird, um eine ganz bestimmte chemische Reaktion hervorzurufen und darüber beispielsweise zu verstehen, wie diese Reaktion genau abläuft. Das gestaltete sich jedoch schwierig, denn bisher setzte ein solches Molekül nicht nur die anvisierte Reaktion in Gang, sondern auch störende andere Prozesse. Biochemikern der Universität Leipzig ist es nun gemeinsam mit amerikanischen und japanischen Wissenschaftlern erstmals gelungen, ein System nachzubauen, in dem nicht nur das Molekül selbst, sondern auch seine Andockstelle in der Zelle entworfen wurde - und zwar so präzise, dass lediglich die eine Wunschreaktion abläuft. Dadurch könnte es möglich werden, die Wirkung von Medikamenten und ihren Nebenwirkungen besser zu verstehen. Ihre Forschungsergebnisse haben sie kürzlich im "Journal of Biological Chemistry" veröffentlicht. Ihre Publikation wurde in dieser Ausgabe zum "Paper of the week" ausgewählt.

Bevor ein neues Arzneimittel auf den Markt kommt, muss genau verstanden werden, wie es im Körper und in den verschiedenen Geweben wirkt. Das gestaltet sich schwierig, da der Wirkstoff häufig in den verschiedenen Zellen, an verschiedenen Rezeptoren, andockt und dadurch jeweils andere Reaktionen in Gang setzt. Eine Möglichkeit zum Verständnis der Wirkung ist es, dieses System aus Wirkstoff und Andockstelle nachzubauen. Biochemikern der Universität Leipzig ist es nun gelungen, ein komplettes System aus Wirkstoff und Rezeptor in einer echten Zelle zu entwerfen, das tatsächlich nur einen einzelnen vorgesehenen Reaktionsweg einschlägt.

"Dadurch haben wir nun ein wertvolles chemisches Werkzeug, durch das wir präzise eine einzelne Reaktion an der Zellmembran nachverfolgen können, ohne all die anderen Prozesse, die ein einzelnes Molekül sonst auslöst", sagt Annette Beck-Sickinger, Professorin für Biochemie an der Universität Leipzig und eine der Autorinnen der Studie. "Nun werden ganz neue Einblicke in die Funktionsweise der Zelle und vermutlich auch in die Wirkungsweise von Medikamenten möglich", ergänzt Lizzy Wanka, Doktorandin am Leipziger Biochemie-Institut.

Zu verdanken ist die Entwicklung dieser Technologie auch dem STED-Mikroskop, einem hochauflösenden Fluoreszenzmikroskop, das hier im Rahmen des Biomedizinisch-biotechnologischen Zentrums eingeworben wurde. Es ermöglicht die Beobachtung von Vorgängen in einer einzelnen Zelle mit hoher Präzision, und konnte eingesetzt werden um die Wirkung des künstlichen Systems in einzelnen Zellen zu verfolgen.

Fachveröffentlichung:
A G Protein-Biased Designer G Protein-Coupled Receptor Useful for Studying the Physiological Relevance of Gq/11-Dependent Signaling Pathways, in The Journal of Biological Chemistry
doi: 10.1074/jbc.M115.702282