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Wie kann ein Meter-langer DNA-Strang in eine Zelle gepackt werden, die wenige Tausendstel Millimeter lang ist? Wie wird die Blutzirkulation im Hirn reguliert? Wie könnte eine seltene Krebserkrankung geheilt werden, die im Zusammenhang mit Aids auftritt? Hilfreich wäre, wenn man den an diesen Vorgängen beteiligten Proteinen zuschauen könnte. Die Strukturbiologie ermöglicht dies durch detaillierte Strukturaufklärung. Die Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis lebenswichtiger Vorgänge und so auch für die gezielte Findung neuer Therapieansätze.
Die wichtigsten Entwicklungen im Gebiet wurden am letzten Freitag und Samstag im Rahmen des fünften NCCR Strukturbiologie Symposium an der ETH Zürich vorgestellt. Mehr als 300 Wissenschaftler besuchten den Anlass, darunter viele Doktorierende und Postdoktorierende aus dem NCCR Strukturbiologie, die ergänzend zu den zehn Referaten Resultate aus ihren Projekten als Posterpräsentation vorstellten.
Laut NCCR-Direktor Markus Grütter, Professor an der Universität Zürich, ist die thematische Vielseitigkeit eine Besonderheit des Anlasses. «Es gibt viele Fachtagungen zu Teilgebieten der Strukturbiologie, für das NCCR-Symposium laden wir zu allen wichtigen Themen Spitzenleute für einen Vortrag nach Zürich ein.»
Ein Protein besteht aus hunderten Aminosäurebausteinen und ist gerade mal einige Dutzend bis hundert Milliardstel Meter gross ist. Diese Komplexität und submikroskopische Kleinheit verlangt aufwändige Analyseverfahren: NMR- Spektroskopie, Röntgenkristallographie und Elektronenmikroskopie sind die heute eingesetzten Methoden, welche die Darstellung von Proteinstrukturen mit nahezu atomarem Detaillierungsgrad ermöglichen.
Professor Yoshinori Fujiyoshi von der Kyoto Universität in Japan etwa beschrieb anhand der Struktur von molekularen Wasserkanälen in der Zellmembran, den Aquaporinen, wie der Wasserhaushalt in den Zellen vieler Organe geregelt wird.
Bis zur Geburtsstätte eines Proteins ging Professor Nenad Ban von der ETH Zürich. Er zeigte in einer kurzen Animation, was ein Protein «sieht», wenn es durch den kaum einen Milliardstel Meter engen Tunnel den als Ribosom bezeichneten zellulären Proteinsyntheseapparat verlässt. Die Information für die Herstellung eines Proteins ist in der Erbsubstanz DNA gespeichert.Er zeigte in einer kurzen Animation, was ein Protein «sieht», wenn es durch den kaum einen Milliardstel Meter engen Tunnel den als Ribosom bezeichneten zellulären Proteinsyntheseapparat verlässt. Die Information für die Herstellung eines Proteins ist in der Erbsubstanz DNA gespeichert.
Professor Patrick Cramer, Direktor des Gene Center in München, konnte hier anknüpfen und zeigen, wie die DNA abgelesen wird und welch komplexe Abläufe nötig sind zur Fehlererkennung. Fehler werden etwa ausgelöst durch UV-Strahlung und häufen sich nach einem ausgiebigen Sonnenbad.
Der Aufwand ist enorm, um derart spektakuläre Bilder molekularer Vorgänge zeigen zu können. Das gilt auch für die Arbeit des diesjährigen Marcel-Benoist-Preisträgers, ETH Professor Timothy J. Richmond. Er demonstrierte, wie der lange DNA-Faden um sogenannte Histone gewickelt und wie diese DNA-Histon-Komplexe – die Nukleosomen - im Chromatinfaden helixartig aufgewickelt sind. Diese enge Packung ermöglicht, dass der lange DNA-Faden im Zellkern Platz findet.
Für seine grundlegende Arbeit konnte Professor Richmond den als «Schweizer Nobelpreis» bezeichneten, mit 100’000 Franken dotierten Marcel-Benoist-Preis 2006 von Bundesrat Pascal Couchepin entgegen nehmen. Die Preisverleihung fand zum ersten Mal im Rahmen eines wissenschaftlichen Symposiums statt. Dies auf Wunsch von Bundesrat Couchepin, der die Anwesenheit eines im Vergleich zu früheren Preisverleihungen eher jungen Publikums begrüsste.
Für diese Art Forschung ist der Zugang zu modernster Grosstechnologie wie der Swiss Light Source, aber auch die Weiterentwicklung der zur Strukturaufklärung verwendeten Methoden sehr wichtig. Professor Masatsune Kaionosho von der Tokyo Metropolitan University in Japan zeigte in seinem Vortrag, wie durch spezifische Isotopenmarkierung viel grössere Proteine als bisher mittels NMR-Spektroskopie untersucht werden können.
Einen anderen Ansatz verfolgt Professor Raymond C. Stevens vom Scripps Research Institute in Kalifornien. Durch Miniaturisierung und Automatisierung soll die Effizienz der Strukturaufklärung von Proteinen gesteigert werden. Nachdem diese Verfahren für kleinere, lösliche Proteine ausgereift sind, werden die Methoden nun für komplexe Systeme wie Membranproteine oder Supramolekulare Komplexe weiterentwickelt.
