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Zellen sind wie kleine Städte,
ausgestattet mit allen notwendigen Einrichtungen der Infrastruktur,
die ihnen Funktion, Wachstum und Kommunikation ermöglichen. Seit über
100 Jahren untersuchen Forscher Strukturen und Organellen in der Zelle
mit mikroskopischen Methoden und ziehen Rückschlüsse auf ihre
Funktion. Ergänzt durch biochemische Methoden sind mittlerweile sehr
viele Details aus dem Innenleben dieser grundlegenden
Organisationseinheit, aus der alle Lebewesen bestehen, bekannt:
Angefangen bei den Mitochondrien als den Kraftwerken der Zelle, die
für die Energiegewinnung notwendig sind, über das Endoplasmatische
Retikulum, das für die Proteinsynthese unerlässlich ist und die
Werkzeuge des Stoffwechsels herstellt, bis hin zum Golgi Apparat, der
für die Lipidsynthese zuständig ist und damit wichtige Energiereserven
für das Wachstum der Zelle produziert.
Die Wissenschaftler aus der
Abteilung von Matthias Mann sind darauf spezialisiert, die einzelnen
Proteine in Proteingemischen zu identifizieren. Proteine haben in der
Zelle verschiedene Funktionen: Sie übernehmen Transportfunktionen oder
leisten wichtige mechanische Stützfunktion. Als Enzyme katalysieren
sie die verschiedensten Stoffwechselwege, und sie sind wichtige
Bestandteile von Signalketten, über die z.B. Informationen von
außerhalb der Zelle an den Zellkern weitergeleitet werden. Damit
steuern sie auch das Abschreiben der genetischen Information und die
darauffolgende Synthese neuer Proteine.
In der aktuellen Studie
untersuchten die Proteom-Forscher Leberzellen der Maus. Mithilfe von
Massenspektrometrie und Datenbank-Abgleichen konnten die
Wissenschaftler mehr als 1400 Proteine aufspüren, die in zehn
unterschiedlichen Zellkompartimenten lokalisiert sind. Einige Proteine
lassen sich auf der Basis vorangegangener Untersuchungen eindeutig
bestimmten Zellorganellen zuordnen. Diese Proteine wurden bei der
Auftrennung des Proteingemisches als Marker eingesetzt. Proteine, die
gemeinsam mit diesen Marker-Proteinen auftraten, ließen sich nun
eindeutig zuordnen. Diese Methode der Proteinkorrelationsanalyse
(engl. Protein Correlation Profiling) wurde von Matthias Mann
und seinen Kollegen entwickelt und bereits erfolgreich bei der
Bestimmung der Proteinzusammensetzung von einzelnen Zellorganellen
eingesetzt.
Nachdem die Proteine der einzelnen
"Kompartimente" identifiziert waren, verglichen die Wissenschaftler
die jeweiligen Protein-Sets der einzelnen Zellorganellen: Von den 1400
verschiedenen Proteinen, die sie den einzelnen Zellorganellen
eindeutig zuordnen konnten, kommen rund 40% auch in anderen
Zellorganellen vor. Vergleiche mit Studien an Hefezellen zeigten, dass
die Proteine "ihrer" Zellorganelle im Laufe der Evolution treu
geblieben waren, und ihre Lokalisation über Millionen von Jahren der
Entwicklung von einfachen Organismen bis hin zu Säugetieren
offensichtlich stabil beibehalten haben.
Für die Zellbiologie bedeuten
diese neuen Forschungsresultate einen Meilenstein. "Erstmalig konnten
wir jetzt für eine sehr große Anzahl von Proteinen genaue Angaben
machen, wo genau sie sich in der Zelle befinden. Daraus ergeben sich
völlig neue Erkenntnisse über ihre Funktion und Wechselwirkung mit
anderen zellulären Proteinen und Zellorganellen", erklärt Matthias
Mann. Die Forscher hoffen mit der Proteinkorrelationsanalyse Aussagen
treffen zu können, welche Proteine an der Fehlregulation von Zellen
beteiligt sein können, und damit zur Erforschung von Krankheiten
beizutragen, die auf gestörter Kommunikation in der Zelle beruhen. |
