[idw] Neue Eiweißstruktur entschlüsselt
Datum:	04.12.98 11:17:04 MEZ

Jahrzehntelanges Kopfzerbrechen hat Forschern in aller Welt die Frage
nach der Raumstruktur eines Proteins bereitet, das bei der Entstehung
und Wirkung verschiedener Hormone, der sogenannten Steroidhormone eine
zentrale Rolle spielt. Die Sexualhormone zählen dazu sowie weitere
Hormone, die Stoffwechselvorgänge regulieren, etwa die Antwort unseres
Körpers auf Streß (Glucocorticoide) oder die Kontrolle des Salz- und
Wasserhaushaltes im Organismus und damit auch unseres Blutdrucks
(Mineralocorticoide). An der Aufklärung der Raumstruktur des für ihre
Synthese notwendigen Proteins Adrenodoxin tüftelten Wissenschaftler seit
Beginn der 70er Jahre. Nun ist Prof. Dr. Rita Bernhardt (Universität des
Saarlandes, Fachrichtung Biochemie) zusammen mit Prof. Dr. Udo Heinemann
(Max-Delbrück-Centrum, Berlin) der Durchbruch gelungen.

Die Entdeckung der lang gesuchten Struktur durch Bernhardt und Heinemann
kann als grundlegender Beitrag gesehen werden, das Funktionieren
biologischer Systeme besser zu verstehen. Wie im Falle der Photosynthese
oder der Zellatmung basiert auch die Bildung und Wirkung von
Steroidhormonen auf dem Austausch von Elektronen. Das bei ihrer Synthese
zentral beteiligte Adrenodoxin ist ein Eisen-Schwefel-Protein, wobei das
enthaltene Eisen dafür verantwortlich ist, daß zwischen den
Adrenodoxinen und den steroid-synthetisierenden Proteinen die
Elektronenübertragung funktioniert. Von der Aufklärung der Raumstruktur
des Proteins verspricht man sich nun auch eine genauere Vorstellung
davon, wie die Elektronenübertragung von einem Protein aufs andere
erfolgt und wie man diesen Prozeß bei einer Störung von
Stoffwechselvorgängen beeinflussen kann.

Doch auch bei Neuentwicklungen in weiteren Anwendungsgebieten könnte die
Entdeckung der Forschergruppen von Bernhardt und Heinemann zum Tragen
kommen: bei der Arzneimittelforschung ebenso wie bei der Entwicklung von
Bio-Materialien, mit denen die Miniaturisierung der modernen
Computertechnologie weiter vorangetrieben wird. Vorstellbar wird etwa
die Entwicklung eines Bio-Chips, in dem ganz nach physiologischem
Vorbild einzelne Elektronen übertragen werden. Eine noch kleinere Form
von Elektrizität gibt es nicht.

Die Raumstruktur von Adrenodoxin zu analysieren, was sich jetzt für die
verschiedensten Zusammenhänge als Basisentdeckung herausstellen könnte,
dürfte den Forschern für lange Zeit ebenso schwierig vorgekommen sein,
wie einen Pudding an die Wand zu nageln. "Wir mußten feststellen, daß
das Adrenodoxin bei der Isolierung aus den Nebennieren häufig am
hinteren Ende (dem sogenannten C-Terminus) gewissermaßen angeknabbert
ist, daß also eine Mischung von Proteinmolekülen entsteht, die
unterschiedlich lang sind und damit auch keine guten Meßvorlagen
lieferten", beschreibt Rita Bernhardt das von ihr inzwischen gelöste
Dilemma. Mit Hilfe gentechnischer Verfahren ist der Saarbrücker
Wissenschaftlerin mit ihrer Forschergruppe gelungen, das ausfransende
Ende der Adrenodoxine einfach soweit abzuschneiden, bis eine
einheitliche Struktur übrig blieb. Das verkürzte Adrenodoxin erwies sich
glücklicherweise als genauso aktiv wie das natürliche. Damit war der
erste grundlegende Schritt zur Entschlüsselung seiner Raumstruktur
getan. Das Objekt der Analyse war sozusagen fixiert. Doch wie weiter?
Normalerweise werden solche kleinen Untersuchungsobjekte wie ein
einzelnes Protein mit einem Schwermetall bestückt (dotiert), um seinen
inneren Aufbau dann mit Hilfe von Röntgenstrahlen zu erschließen. Denn
Schwermetalle können Röntgenstrahlen in einer Weise brechen und meßbar
machen, daß daraus die Struktur der mit ihnen bestückten Proteine
errechnet werden kann. Doch während die konkurrierenden Forscher in den
USA noch darum bemüht waren, das Adrenodoxin zu dotieren, ohne dabei die
gesamte Struktur des Proteins zu verändern, gingen am
Max-Delbrück-Centrum die Kristallographen um Prof. Heinemann gleich an's
Bestrahlen und Messen. Sie hatten sich ein neuentwickeltes Verfahren
(MAD-Verfahren) zunutze gemacht, bei dem statt einem Schwermetall auch
die im Adrenodoxin natürlich vorhandenenen Eisen-Ionen als Fixpunkte für
die Strukturberechnung fungieren können.

Für die internationale Fachwelt erfolgte die Veröffentlichung der
Forschungsergebnisse von Bernhardt und Heinemann in diesem Frühjahr in
"Structure", einer weltweit führenden Zeitschrift für biologische
Strukturanalysen. Die unmittelbare Folge waren zahlreiche Einladungen zu
internationalen Tagungen. So war Prof. Bernhardt bei Kongressen in den
USA, Kanada, Frankreich und Japan ein vielgefragter Gast.
Perspektivenreiche Anknüpfungspunkte verspricht vor allem aber auch der
neue Forschungsschwerpunkt "Biologisch komponierte Materialien und
Systeme" (BKM&S), der sich gerade an der Universität des Saarlandes im
Aufbau befindet. Sich hier einzubringen, erscheint einerseits nicht ganz
einfach. Denn, so weiß Frau Bernhardt aus Erfahrung: "Die Partner aus
Physik und Ingenieurwissenschaften sprechen eine andere Sprache als
Biologen". Andererseits weiß die Entdeckerin der Raumstruktur von
Adrenodoxin aber auch: "Dieses Sprachproblem muß überwunden werden. Denn
in den Grenzbereichen zwischen den Disziplinen liegt heute das größte
Forschungs- und Entwicklungspotential." Ein erstes fachübergreifendes
Projekt wurde bereits in Angriff genommen, so in Zusammenarbeit mit der
Meßtechnik und den Materialwissenschaften zur Entwicklung eines
neuartigen Bio-Sensors.