Protaine

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Von der Genomforschung zum Interactom | Max-Planck-Gesellschaft Genome, Proteome, Interaktionen - seit dem 21. Jahrhundert konzentrieren sich die Biowissenschaften auf die Erschließung von Zellen. Nicht mehr nur die einzelnen Genen und Proteinen wollen die Forscherinnen und Forscher erkennen, sondern alle Genen einer Zelle oder eines Genoms, alle gelesenen Genen (Transkriptom), alle Eiweiße (Proteom) und ihre Lebenspartner (Interaktionen). Das Humangenomprojekt und die Dekodierung des Humangenoms im Jahr 2001 Damals schienen Diagnose, Prävention und Therapie der meisten, wenn nicht aller Erkrankungen in Reichweite.

Obwohl Ärzte heute viele neue Genen wissen, die zum Beispiel das Krankheitsrisiko von Krebspatienten, Diabetikern oder Arteriosklerosen beeinträchtigen, erhöhen sie das Krankheitsrisiko nur unwesentlich. Es scheint, dass es nicht ausreicht, die Reihenfolge der Zeichen des Erbguts zu wissen, wenn man wissen will, wie eine bestimmte Zahl von Zellen abläuft. Eine ähnliche Aufgabenstellung haben Wissenschaftler, wenn sie die Gendaten nutzen wollen, um die Prozesse in einer Zelle auszuloten.

Die Erbsubstanz gibt die Anweisungen für die wesentlichen Bestandteile einer jeden einzelnen Zellen, die Eiweiße. Doch welche Eiweiße sich wann und in welcher Menge bilden - aus den Briefen des Erbguts ist es nicht so leicht zu lesen. Dies zeigt sich auch daran, dass oft mehrere Eiweiße aus einem einzigen Organismus hergestellt werden können.

Die Diversität tritt auf, wenn die Informationen für mehrere Eiweiße in einem Protein vorhanden sind oder wenn eine Eiweißkette anschließend in mehrere Molekülen aufgeteilt wird. Die Umgruppierung von Boten-RNA beim so genanntem Alternative Splicing produziert ebenfalls unterschiedliche Genträger. Im Menschen können bis zu zehn unterschiedliche Eiweiße auf ein einziges Erbgut zurückgeführt werden.

So kann die Menge der Eiweiße in einer Zelle vielfach größer sein als die Menge ihrer Erbsubstanz. Wenn wir heute von 20.000 bis 20.000 Gens im Menschen ausgehen, beziffern Forscher die Menge der humanen Eiweiße auf 80.000 bis 400.000. Hier kommen Proteome und Interaktionen ins Spiel. 3.

Keiner der Zellen kann ohne Eiweiß auskommen. Auf diese Weise entscheidet das Protein, welche Funktion eine Blutzelle im Körper erfüllen kann. Ist das Erbgut die Bauanweisung für alle essentiellen Bauteile, dann ist dies das Eiweiß des Teilekatalogs und das Wechselspiel die Anweisung, für die Bauteile ineinandergreifen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhoffen sich, dass sie die Eiweiße und ihre Partnerinnen und Partner besser verstehen, um die Funktion einer Chemikalie viel präziser zu erläutern und damit auch den Krankheitsursachen auf den Grund zu gehen.

Man möchte wissen, welche Eiweiße ein Körper, ein Körpergewebe, eine Blase oder ein Zellorganellen bilden und in welcher Anzahl. Doch es genügt nicht, einen solchen Protein-Katalog zu schaffen; die Forscher müssen auch die Änderungen in den Eiweißmolekülen wissen, mit denen diese Signalübertragung auf andere MolekÃ?le erfolgt. Es geht also darum, eine Bilanz der Eiweiße und ihrer post-translationalen Änderungen zu ziehen.

Jetzt fehlen noch die Interaktionen, d.h. welche Eiweiße zusammenwirken. Einige Eiweiße werden in Paaren gespeichert und geben untereinander ein Signal ab. Die Wechselwirkung einer humanen Zellgruppe wird auf etwa 130.000 solcher paarweiser Interaktionen geschätz. Die Entschlüsselung des Proteoms ist daher ein gigantisches Projekt. Die gleichen Erbsubstanzen sind nicht in allen Körperzellen vorhanden.

Abhängig vom Zellentyp werden verschiedene Genen ausgewählt und andere Eiweiße ausgebildet. Das bedeutet, dass es in etwa 250 unterschiedlichen Zellarten des Menschen zumindest ebenso viele Proteomtypen gibt. Nicht nur das - das Zellproteom ist von vielen anderen Einflüssen abhängig. Beispielsweise kann eine Zelle je nach Lebensalter, Nahrung oder Gesundheitsstatus verschiedene Eiweiße produzieren, so dass sich die Zusammensetzung des Proteins dementsprechend verändert.

Umgebungseinflüsse wie Drogen oder Verschmutzungen wirken sich ebenfalls auf das Eiweiß aus. Daher müssen die Wissenschafter das entsprechende Eiweiß für jeden Zellentyp einzeln nachweisen. Es kann also Jahre dauern, bis das komplette Eiweiß aller humanen Gewebearten dekodiert ist. Beim Humanproteomprojekt haben sich die Forschenden deshalb ein schnelleres Ergebnis zum Ziel gemacht: Sie wollen zunächst für jedes einzelne der Gene ein assoziiertes Eiweiß nachweisen.

Sobald dies erreicht ist, können sie nach und nach die Proteomtypen der einzelnen Zellen, die posttranslationale Veränderung und die Interaktion vervollständigen. Anders als chemische ähnliche DNA-Moleküle sind Eiweiße äußerst variabel: einige sind wasser-, andere fettunlöslich. Außerdem können Eiweiße nicht ohne weiteres wie DNS nachgebildet werden. Testexperimente, bei denen ein und dieselbe Gewebsprobe von mehreren Arbeitsgruppen untersucht wurde, hatten verschiedene Proteomtypen aufgedeckt.

Heutzutage können mehrere tausende von Proteinen gleichzeitig analysiert werden. Anders als das 1990 in den Vereinigten Staaten gegründete Humangenomprojekt, an dem mehrere landesweite Humangenomprojekte beteiligt waren, arbeitet das Humanproteomprojekt in verschiedenen unabhängigen Forschungskonsortien mit. Die Zielsetzung von PROSPECT ist ein Verzeichnis der menschlichen Eiweiße einschließlich ihrer Strukturen, Interaktionen und Ausbreitungen.

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