RSS-Feed VBIO http://www.vbio.de/ Aktuelle News de_DE VBIO Fri, 20 May 2022 14:23:58 +0200 Fri, 20 May 2022 14:23:58 +0200 News news-21604 Fri, 20 May 2022 14:13:04 +0200 Frühkindliche Erfahrungen können zu irreversiblen Veränderungen des Gehirns führen https://www.vbio.de/aktuelles/fruehkindliche-erfahrungen-koennen-zu-irreversiblen-veraenderungen-des-gehirns-fuehren Eine durch einschneidende frühkindliche Erfahrungen veränderte Gehirnstruktur regeneriert sich nicht vollständig. Zu diesem Schluss kommt die Studie eines Forschungsteams der Universität Hamburg unter der Leitung der Psychologin und Neurowissenschaftlerin Prof. Dr. Brigitte Röder. Frühere neurowissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass ungünstige Erfahrungen in den ersten Lebensmonaten und -jahren, wie zum Beispiel Blindheit oder Armut, die strukturelle Entwicklung des menschlichen Gehirns beeinträchtigen können. Nicht bekannt war aber bislang, ob sich die Hirnstruktur wieder erholen kann, wenn die Ursachen der Beeinträchtigungen beseitigt werden. Die neue Forschungsarbeit, deren Ergebnisse jetzt im Fachjournal „Cerebral Cortex“ veröffentlicht wurden, kommt zumindest in Bezug auf die Entwicklung der visuellen Areale des Gehirns zu einer eindeutigen Antwort: Die Gehirnstruktur bleibt nachhaltig beeinträchtigt.


3D-Modelle der Gehirne
Für die Studie hat ein Team des Arbeitsbereichs Biologische Psychologie und Neuropsychologie in Kooperation mit dem LV Prasad Eye Institute in Hyderabad (Indien) Menschen untersucht, die aufgrund von beidseitigem Grauen Star teilweise mehrere Jahre nach der Geburt blind waren und deren Augenlicht dann durch eine Operation wiederhergestellt werden konnte. Von allen Teilnehmenden, die zum Zeitpunkt der Studie zwischen sechs und 36 Jahren alt waren, wurden mit Hilfe eines Kernspintomographen Bilder des Gehirns aufgenommen, aus denen anschließend für jede Person ein 3D-Modell des Gehirns rekonstruiert wurde. In diesem Modell konnten die Forschenden messen, wie dick und wie groß die Oberfläche der Hirnrinde in den visuellen Arealen des Gehirns war.

Die Hirnrinde ist die äußerste, mehrfach gefaltete Schicht des Gehirns, die mehrere Millimeter dick ist und hauptsächlich aus Zellkörpern von Nervenzellen besteht, der so genannten grauen Substanz. Durch ihre mehrfache Faltung besitzt die Hirnrinde eine große Oberfläche und bietet viel Platz für Milliarden von Nervenzellkörpern, die für die Verarbeitung sensorischer Information und damit für die Entstehung von Wahrnehmung zuständig sind. In der normalen Entwicklung wird die Hirnrinde ab einem Alter von ein bis zwei Jahren dünner, während ihre Oberfläche bis in die Pubertät zunimmt. Beide strukturellen Veränderungen sind wichtig für die vollständige Reifung neuronaler Netzwerke.

Veränderungen der Sehrinde
Das Forschungsteam fand heraus, dass bei den vormals blinden Menschen die Sehrinde, also der Teil der Hirnrinde, in dem die Sehinformation verarbeitet wird, sowohl eine kleinere Oberfläche besaß als auch dicker war. Ihre Sehrinde ähnelte mehr der von Menschen, die seit ihrer Geburt dauerhaft blind waren als der von Menschen, die von Geburt an sehen konnten. Außerdem sagte das Ausmaß der Veränderungen in der Sehrinde vorher, wie gut die Menschen nach der Entfernung des Grauen Stars sehen lernten.

„Die Studie zeigt, dass frühkindliche Erfahrungen die Hirnstruktur langanhaltend und offenbar nicht reversibel verändern können“, erklärt Dr. Cordula Hölig, Autorin der Studie und Wissenschaftlerin an der Universität Hamburg. „Auch wenn wir hier ausschließlich den Einfluss von fehlendem Sehen untersucht haben, vermuten wir, dass auch andere extreme frühkindliche Erfahrungen, wie sie zum Beispiel bei Armut oder Vernachlässigung auftreten können, die Hirnstruktur irreversibel schädigen können.“

(Universität Hamburg)


Originalpublikation:

Hölig, C., Guerreiro, M.J.S., Lingareddy, S., Kekunnaya, R., & Röder, B. (2022). Sight restoration in congenitally blind humans does not restore visual brain structure. Cerebral Cortex, DOI: http://10.1093/cercor/bhac197

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Wissenschaft Hamburg
news-21602 Fri, 20 May 2022 14:06:22 +0200 Gesundes Fett? Transkriptionsfaktor C/EBPβ beeinflusst Fettspeicherung positiv https://www.vbio.de/aktuelles/gesundes-fett-transkriptionsfaktor-c-ebpb-beeinflusst-fettspeicherung-positiv Bei der chronischen Ernährungs- und Stoffwechselerkrankung Adipositas kommt es zu einer übermäßigen Vermehrung des Körperfetts und dessen Ansammlung im Gewebe. Wer daran erkrankt, hat zudem ein erhöhtes Risiko für Begleit- oder Folgeerkrankungen wie Typ-2-Diabetes, Fettleber oder Atherosklerose. Forschende des European Research Institute for the Biology of Ageing (ERIBA) in Groningen, Niederlande, und des Leibniz-Instituts für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena, Deutschland, wiesen nun im Mausmodell erstmals nach, wie der Transkriptionsfaktor C/EBPβ selbst bei besonders fettreicher Ernährung die Fettspeicherung positiv beeinflussen und die Gesundheit erhalten kann. In den letzten Jahren haben Übergewicht und Adipositas (Fettleibigkeit) in den Industrienationen stark zugenommen. So ist in Deutschland inzwischen jeder Zweite übergewichtig, etwa 20% der Bevölkerung sind adipös. Unter Adipositas versteht man ein zu hohes Körpergewicht, das durch einen übermäßig hohen Fettanteil verursacht wird; meist durch eine Fettansammlung in stark vergrößerten (hypertrophen) Fettzellen (Adipozyten) im Bauchraum. Dieses sogenannte viszerale Fett ruft Entzündungen hervor, die die Entwicklung und das Fortschreiten verschiedener Stoffwechselstörungen, einschließlich Typ-2-Diabetes, Herzerkrankungen, Schlaganfall, sowie bestimmte Krebsarten, begünstigen. Der weltweite Anstieg der Adipositas-Prävalenz stellt folglich im Gesundheitswesen ein zunehmendes Problem dar, so dass Zusammenhänge zwischen Adipositas und Gesundheitsproblemen intensiv untersucht werden.


Forschende des European Research Institute for the Biology of Ageing (ERIBA) in Groningen, Niederlande, und des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena, Deutschland, konnten nun in einer aktuellen Studie in der renommierten Fachzeitschrift eLife nachweisen, dass genetisch veränderte Mäuse mit einer erhöhten Funktion des Transkriptionsfaktors C/EBPβ überschüssiges Fett so abspeichern können, dass sie selbst unter Stressbedingungen, wie z.B. einer ausgesprochen fettreichen Diät, gesund bleiben.

Ort der Fettspeicherung beeinflusst Gesundheit
Die Fettspeicherung im viszeralen Fettdepot erfolgt hauptsächlich durch die Größenzunahme einzelner Fettzellen (hypertrophe Fettspeicherung). Diese Größenzunahme ist jedoch begrenzt, so dass eine fortdauernde Fettzufuhr zur schädlichen Anhäufung von Fett im Gewebe außerhalb der Fettdepots (Steatose) führt, insbesondere in Leber und Muskeln, was eine Beeinträchtigung der Funktion dieser Gewebe zur Folge hat. „Es gibt aber eine Untergruppe von Menschen, die trotz ihrer Fettleibigkeit über einen längeren Zeitraum hinweg keine erkennbaren gesundheitlichen Probleme aufweisen“, berichtet Prof. Cornelis Calkhoven, früherer Forschungsgruppenleiter am FLI und nun am ERIBA tätig.

Bisherige Studien konnten nachweisen, dass zu diesem gesunden fettleibigen Phänotyp vor allem zwei Dinge beitragen: Zum einen begünstigt Fett, das nicht im Bauchraum, sondern als subkutanes Fett unter der Haut der Arme, der Oberschenkel und des Rückens gespeichert ist, die Gesundheit. Zum anderen trägt Fett, das im sogenannten hyperplastischen Fettgewebe gespeichert wird, ebenfalls zur Gesundheit bei. Dieses wird durch eine Zunahme der Anzahl der Fettzellen gebildet (hyperplastische Fettspeicherung). Da so mehr Zellen für die Fettspeicherung zur Verfügung stehen, bleiben diese kleiner und sind dadurch metabolisch gesünder und weniger entzündet. „Unser Wissen über die genetischen Faktoren, die die erwähnten günstigen Bedingungen der Fettspeicherung regulieren, ist jedoch noch sehr begrenzt und erfordert detailliertere Studien“, ergänzt Prof. Calkhoven.

Erhöhte Funktion des Transkriptionsfaktors C/EBPβ steuert Fetteinlagerung
Werden Mäuse im Labor mit einer fettreichen Diät gefüttert, dann nehmen sie binnen kurzer Zeit an Gewicht zu, werden fettleibig und entwickeln ähnliche Stoffwechselprobleme wie fettleibige Menschen, darunter Entzündungen im Fettgewebe, Fettansammlungen in normalerweise fettfreien Geweben wie Leber und Muskeln, sowie einen Typ-2-Diabetes.

„In unserer aktuellen Studie konnten wir zeigen, dass genetisch veränderte Mäuse mit einer erhöhten Funktion des Transkriptionsfaktors C/EBPβ einerseits überschüssiges Fett vorrangig im hyperplastischen Fettgewebe mit mehr und kleineren Fettzellen abspeichern“, berichtet Dr. Christine Müller vom ERIBA. Selbst bei extrem fettreicher Diät weisen diese C/EBPβ-Superfunktionsmäuse ein weniger entzündetes Fettgewebe auf, sammeln kein Fett in der Leber oder im Herzen an und bewahren einen gesunden Glukosestoffwechsel. Andererseits stimuliert die C/EBPβ-Superfunktion bei männlichen Tieren zudem die günstige Einlagerung von Fett in Depots unter der Haut. „Beides Faktoren, die beim Menschen zu einem gesunden fettleibigen Phänotyp beitragen,“ so Dr. Müller.

In zwei früher erschienenen Studien konnten die Forschenden aus Jena und Groningen bereits nachweisen, dass dieselben C/EBPβ-Superfunktionsmäuse bei normaler Ernährung einen allgemein verbesserten Stoffwechsel haben, der im Vergleich zu ihren Wurfgeschwistern des Wildtyps auch mit weniger Krebs und einer ausgeprägten Verzögerung verschiedener alternsbedingter Erkrankungen einhergeht.

Ist die Speicherung von überschüssigem Fett bald steuerbar?

„Unsere Studien belegen eindrucksvoll, dass die C/EBPβ-Superfunktion die Physiologie der Mäuse auf einen gesünderen Stoffwechsel hin zuschneidet, und das selbst unter ungesunden Nährstoffbedingungen, wie beim Stress durch eine fettreiche Diät“, fasst Prof. Calkhoven die Ergebnisse zusammen. „Die aktuelle Studie identifiziert den Transkriptionsfaktor C/EBPβ als einen Schlüsselregulator der gesunden Fettspeicherung, wirft aber auch gleichzeitig die Frage auf, ob die pharmakologische Induktion der C/EBPβ-Superfunktion möglicherweise genutzt werden kann, um die Speicherung von überschüssigem Fett vom schädlichen hypertrophen Modus in den vorteilhafteren hyperplastischen Modus umzuleiten. Das hätte immense Auswirkungen auf die metabolische Gesundheit und das Altern“.

Erste Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass eine solche pharmakologische C/EBPβ-Target-Strategie prinzipiell durchführbar ist. Die Entwicklung derartiger Medikamente hätte damit enorme Auswirkungen auf die Behandlung von Fettleibigkeit und mit ihr verbundener Stoffwechselkrankheiten.

(Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. - FLI)



Publikationen:
Enhanced C/EBPβ function promotes hyperplastic versus hypertrophic fat tissue growth and prevents steatosis in response to high-fat diet feeding. Müller C, Zidek LM, Eichwald S, Kortman G, Koster MH, Calkhoven CF. eLife 2022, 11, e62625. DOI: 10.7554/eLife.62625.

Reduced expression of C/EBPβ-LIP extends health- and lifespan in mice. Müller C, Zidek LM, Ackermann T, de Jong T, Liu P, Kliche V, Zaini MA, Kortman G, Harkema L, Verbeek DS, Tuckermann JP, von Maltzahn J, de Bruin A, Guryev V, Wang ZQ, Calkhoven CF. eLife 2018, 7, e34985. DOI: 10.7554/eLife.34985.

A screening strategy for the discovery of drugs that reduce C/EBPβ-LIP translation with potential calorie restriction mimetic properties. Zaini MA, Müller C, Ackermann T, Reinshagen J, Kortman G, Pless O, Calkhoven CF. Scientific Rep. 2017, 7, 42603. DOI: 10.1038/srep42603.

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Wissenschaft Thüringen
news-21601 Fri, 20 May 2022 14:00:57 +0200 Veränderungen im Zellskelett der Thrombozyten beeinflussen Blutstillung https://www.vbio.de/aktuelles/veraenderungen-im-zellskelett-der-thrombozyten-beeinflussen-blutstillung WissenschaftlerInnen aus Würzburg, Greifswald, Tübingen und Dublin etablieren im Rahmen des SFB/TRR240 eine biophysikalische Plattform um die mechanischen Eigenschaften von Thrombozyten der Maus und des Menschen zu untersuchen. Sie konnten zeigen, dass die erhöhte Blutungsneigung bei Menschen mit einem Defekt im Gen MYH9 (Myosin heavy chain 9) darauf zurückzuführen ist, dass die Thrombozyten in ihrer Kraftausübung beeinträchtigt sind. Die Untersuchungen und Ergebnisse wurden im wissenschaftlichen Journal Science Advances publiziert. Als Paradebeispiel für einen Sonderforschungsbereich Transregio (TRR) bezeichnen Juliane Baumann und Dr. Markus Bender vom Institut für Experimentelle Biomedizin des Uniklinikums Würzburg ihr Projekt A06 im TRR240 „Platelets“. In dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen und Standorten gemeinsam ihre Expertise eingebracht, um eine biophysikalische Plattform zu etablieren, die es erlaubt, die mechanischen Eigenschaften von Blutplättchen, den so genannten Thrombozyten, der Maus und des Menschen zu analysieren und die Ergebnisse aus der Grundlagenforschung in die klinische Anwendung zu transferieren. BiologInnen, MedizinerInnen, PharmazeutInnen, PhysikerInnen und BiomedizinerInnen aus Würzburg, Greifswald, Tübingen und Dublin haben in dreieinhalb Jahren herausgefunden, dass die erhöhte Blutungsneigung bei Menschen mit einem Defekt im Gen MYH9 (Myosin heavy chain 9) nicht auf eine reduzierte Thrombozytenanzahl zurückzuführen ist, sondern darauf, dass die Thrombozyten in ihrer Kraftausübung beeinträchtigt sind. Die Ergebnisse wurden jetzt in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.


Mutationen im MYH9-Gen führen zu Blutverlusten
Generelles Ziel des SFB/TRR240 „Platelets“ ist es, die komplexen und unzureichend verstandenen Funktionen von Thrombozyten zu entschlüsseln. Dadurch erhofft man sich neue Erkenntnisse, die eine bessere Behandlung von Erkrankungen wie Herzinfarkt, Schlaganfall, akutes Lungenversagen und Krebs ermöglichen. Im Projekt A06 standen die MYH9-assoziierten Erkrankungen im Fokus. Das Gen MYH9 ist verantwortlich für das kontraktile Protein Myosin IIA. Inzwischen sind mehr als 40 Mutationen in diesem Gen bekannt, die zu vier unterschiedlichen Syndromen führen. Charakteristisch für alle ist eine leichte bis moderate Blutungsneigung. Je nach Mutation können Nierenversagen, Hörverlust und ein Katarakt, im Volksmund als grauer Star bekannt, hinzukommen. Die Erkrankung ist selten, die Prävalenz, das Vorkommen dieser Erkrankung, wird jedoch unterschätzt. „Oft fällt die erhöhte Blutungsneigung erst durch eine stark anhaltende Monatsblutung bei Frauen, Blutergüsse oder Komplikationen bei einer Operation auf“, erklärt Juliane Baumann, die gemeinsam mit Laura Sachs von der Universität Greifswald Erstautorin ist. „Ist die Blutungsneigung bekannt, wird vor einer Operation Tranexamsäure zur Vorbeugung gegeben. Warum dieses Antifibrinolytikum hilft, das konnten wir jetzt im Mausmodell zeigen.“

Zunächst galt es herauszufinden, warum sich Wunden bei MYH9-PatientInnen nicht so gut verschließen wie bei Gesunden. „Dazu haben wir die Thrombozyten von drei verschiedenen Mauslinien untersucht, die jene Punktmutation tragen, die am häufigsten in MYH9-Patientinnen und Patienten vorkommen: R702C, D1424N, E1841K. Unsere Untersuchungen haben wir auch an Thrombozyten von Patienten mit der Mutation D1424N und E1841K durchgeführt, die unsere Ergebnisse in der Maus bestätigen“, berichtet Prof. Dr. Andreas Greinacher, Leiter des Instituts für Transfusionsmedizin der Universität Greifswald, einem nationalen Referenzzentrum für die Diagnostik angeborener Thrombozytopenien beim Menschen.
„Drei Mauslinien und zwei Patienten - dieser breite und translationale Ansatz ist neben der fach- und standortübergreifenden Zusammenarbeit eine Stärke des Projekts“, kommentiert Dr. Markus Bender, der gemeinsam mit Dr. Raghavendra Palankar aus Greifswald Letztautor der Publikation ist. Deren Hauptaussage lautet: Die erhöhte Blutungsneigung ist nicht auf Signalwege oder reduzierte Thrombozytenanzahl zurückzuführen, sondern auf Defekte im Zellskelett der Blutplättchen.

Thrombozyten fehlt es an Kraft
Bei einer Verletzung eines Blutgefäßes werden Thrombozyten aktiviert, die sich an die Wunde heften und diese verschließen. Über der Wunde bildet sich ein Netz, das Fibrin genannt wird. Die Thrombozyten binden mit ihren Rezeptoren an den Fibrinfasern, verdichten das Netz, sodass es kompakt und stabil wird. „Diese Kraftausübung wird benötigt, um den hämostatischen Verschluss zu generieren, die Blutstillung“, erklärt Juliane Baumann, deren Arbeit im Projekt ihre Dissertation umfasst. „Nachdem wir neue biophysikalische Methoden für die Kraftmessungen etabliert haben, konnten wir sehen, dass das Zellskelett in seiner Funktion, Kräfte auszuüben, eingeschränkt ist. Die Punktmutation im MYH9-Gen beeinträchtigt die Funktion des Myosin IIA, welches in Thrombozyten ähnlich wie in einem Muskel die Kraft vermittelt“, ergänzt Dr. Raghavendra Palankar. Eine reduzierte Kraftausübung ist also verantwortlich für die erhöhte Blutungsneigung bei Mutationen im MYH9-Gen. Die Gabe von Tranexamsäure wiederum kann den Defekt der Thrombozyten und die dadurch beeinträchtigte hämostatische Funktion durch eine Stabilisierung der Fibrinstruktur aufheben.

„Damit haben wir die Aufgabe in diesem Verbundprojekt, eine Plattform zu entwickeln, um Thrombozyten biophysikalisch zu charakterisieren, erfüllt. Darauf möchten wir gern aufbauen und versuchen zu verstehen, wie einzelne Medikamente und weitere Erkrankungen die Mechanik der Zelle beeinflussen können, resümiert Dr. Markus Bender. Dr. Raghavendra Palankar pflichtet ihm bei: „Die etablierten biophysikalischen Techniken können für eine Vielzahl von Forschungsuntersuchungen zu Thrombozyten-assoziierten Erkrankungen, Screening der Auswirkungen von Medikamenten und Pathogenen auf die Thrombozytenmechanik verwendet werden.“

Universitätsklinikum Würzburg


 

Originalpublikation:
Baumann J, Sachs L, Otto O, Schoen I, Nestler P, Zaninetti C, Kenny M, Kranz R, von Eysmondt H, Rodriguez J, Schäffer TE, Nagy Z, Greinacher A, Palankar R, Bender M. Reduced platelet forces underlie impaired hemostasis in mouse models of MYH9-related disease. Sci Adv. 2022 May 20;8(20):eabn2627. doi: 10.1126/sciadv.abn2627. Epub 2022 May 18. PMID: 35584211.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn2627

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Wissenschaft Bayern
news-21600 Thu, 19 May 2022 17:57:41 +0200 Neue Methode revolutioniert Krebsdiagnose https://www.vbio.de/aktuelles/neue-methode-revolutioniert-krebsdiagnose Wie entstehen Krebserkrankungen? Wie verändert die zelluläre Zusammensetzung eines Tumors dessen maligne Eigenschaften? Diese Fragen sind entscheidend, um Krebserkrankungen zu verstehen und um eine dauerhafte Heilung zu finden. Ein deutsch-dänisches Team unter der Leitung von Professor Matthias Mann hat nun eine wegweisende Technologie entwickelt, „Deep Visual Proteomics“. Diese stellt Forschenden und Klinikern Protein-basierte Informationen zur Verfügung und hilft Krebserkrankungen, unter Auflösung einzelner Zelltypen, zu verstehen. Die Technologie ist in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology beschrieben und demonstriert ihr Potenzial in einer erstmaligen Anwendung auf Krebszellen.

Proteine sind die wichtigsten Puzzlestücke für eine Vielzahl von Krankheiten. Sie werden auch als die „molekularen Arbeitspferde der Zelle“ bezeichnet. Ihre korrekte Funktion entscheidet über die Funktionsfähigkeit einer Zelle und damit auch über die eines Individuums.

Matthias Mann erklärt: „Wenn etwas in unseren Zellen nicht richtig funktioniert und wir krank werden, kann man sich sicher sein, dass Proteine auf unterschiedlichste Weise beteiligt sind. Aus diesem Grund kann die Kartierung der Proteinlandschaft uns dabei helfen folgendes herauszufinden: Warum konnte sich ein Tumor in einem bestimmten Patienten entwickeln? Welche Schwachpunkte hat dieser Tumor und welche Behandlungsmethode ist vorteilhaft?”

Angeregt durch diese Fragen hat ein fachübergreifendes Forschungsteam, unter der Leitung von Matthias Mann am Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie bei München und am Zentrum für Proteinforschung (CPR) der Novo Nordisk Stiftung, an der Universität von Kopenhagen in Dänemark, eine innovative neue Methode entwickelt. In der Studie werden visuelle Merkmale eines Tumors mit einer Deep-Profiling-Technik bestimmt, um Proteine in abnormen Zellgruppen zu analysieren, die an die umgebenden gesunden Zellen angrenzen. Diese Herangehensweise kann Forschern einen noch nie dagewesenen Einblick in Krebserkrankungen geben und Onkologen darin unterstützen, gezielte Strategien für die Diagnose und Therapie zu erstellen.

Deep Visual Proteomics vereint vier Technologien
„Deep Visual Proteomics” integriert zum ersten Mal die Vorteile vier verschiedener Technologien in einer einzigen Methodik. Erstens, moderne Mikroskopie erstellt hochauflösende Gewebekarten. Zweitens, maschinelles Lernen und Algorithmen künstlicher Intelligenz werden verwendet, um Zellen hinsichtlich ihrer Form, Größe oder Protein-Lokalisierung zu klassifizieren, bevor einzelne Zellen mittels hoch akkurater Laser-Mikrodissektion gesammelt werden. Drittens, nach dem Sortieren normaler oder verschiedener, erkrankter Zellgruppen, werden tausende von Proteinen innerhalb dieser Zellpopulationen gleichzeitig mittels ultra-sensitiver Massenspektrometrie bestimmt. Viertens, anspruchsvolle bioinformatische Analysen erzeugen Proteinkarten, die eine räumliche Auflösung von Proteinen bei hochkomplexen Krankheiten wie Krebs ermöglichen. Derartige Proteinlandkarten sind für Kliniker wertvolle Hilfsmittel, um die Mechanismen von Gesundheit und Krankheit besser zu verstehen.

„Unser neues Konzept ‚Deep Visual Proteomics‘, könnte ein Paradigmenwechsel für die molekulare Pathologie in der Klinik werden. Mit dieser Methode nehmen wir eine Gewebeprobe mit Tumorzellen und können innerhalb kürzester Zeit und mit geringem Aufwand tausende Proteine identifizieren. Diese Proteomanalysen enthüllen Mechanismen, welche die Tumorentwicklung antreiben. Somit können aus einem einzigen Gewebeschnitt einer Patienten-Biopsie direkt neue therapeutische Ziele abgeleitet werden. Es zeigt einen Kosmos an Molekülen innerhalb dieser Krebszellen auf”, sagt Andreas Mund, außerordentlicher Professor am CPR und Teil des Teams um Matthias Mann.

Relevanz für die klinische Pathologie
In der Studie konnten die Forschenden „Deep Visual Proteomics” auf Zellen von Patienten mit Speicheldrüsen- und Hautkrebs anwenden. Lise Mette Rahbek Gjerdrum, Fachberaterin und außerordentliche Professorin für klinische Forschung der Abteilung für Pathologie am Seeland Universitätskrankenhaus in Roskilde und der Abteilung für klinische Medizin an der Universität Kopenhagen beschreibt: „Diese einzigartige Methode kombiniert die Analyse der Gewebearchitektur mit der Analyse des Proteoms, die für die ausgewählten Zellen spezifisch sind. Wir konnten kürzlich einen klinisch hochkomplexen Fall mit Hilfe der ‚Deep Visual Proteomics‘-Analyse diagnostizieren.“

Dr. Fabian Coscia, einer der beiden Erstautoren der Studie und seit Juni 2021 Leiter der Forschungsgruppe „Spatial Proteomics" am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft in Berlin sagt: „Die Technik kann auch für die Charakterisierung anderer Tumorarten in ähnlicher Weise angewendet werden." Sein Ziel ist es, mit Hilfe der archivierten Daten der Biobanken neue Angriffspunkte für individuelle Krebstherapien offen zu legen und dadurch auf die Patient:innen zugeschnittene Therapieformen zu entwickeln − auch für bisher therapieresistente Tumore.

Es sind nicht nur Krebserkrankungen, die mittels „Deep Visual Proteomics” besser verstanden werden können. Die Methodik kann auch auf andere Krankheiten angewendet werden. „Man kann beispielsweise die Proteine einer Nervenzelle analysieren, um herauszufinden, was genau in einer Zelle im Verlauf von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson passiert", so Coscia weiter.

„Durch die Kombination von Mikroskopie, künstlicher Intelligenz und hochempfindlicher, massenspektrometrie-basierter Proteomik, haben wir eine sehr leistungsfähige Methode entwickelt, um die molekulare Verschaltung von gesunden und kranken Zellen zu verstehen. Das könnte Ärzt:innen dabei helfen, Ziele für zukünftige Medikamente und Diagnosen zu identifizieren’’, schließt Matthias Mann ab.

(Max-Planck-Institut für Biochemie)


Originalpublikation:

A. Mund, F. Coscia, A. Kriston, R. Hollandi, F. Kovács, A.-D. Brunner, E. Migh, L. Schweizer, A. Santos Delgado, M. Bzorek, S. Naimy, L.M. Rahbek Gjerdrum7,13, B. Dyring-Andersen, J. Bulkescher, C. Lukas, M.A. Eckert, E. Lengyel, C. Gnann, E. Lundberg, P. Horvath#, M. Mann: Deep Visual Proteomics defines cell identity and heterogeneity, Nature Biotechnology, Mai 2022
DOI: 10.1038/s41587-022-01302-5

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Wissenschaft Bayern
news-21599 Thu, 19 May 2022 17:53:57 +0200 Delfine behandeln Hautprobleme an Korallen https://www.vbio.de/aktuelles/delfine-behandeln-hautprobleme-an-korallen Indopazifische Grosse Tümmler reiben sich vom Schnabel bis zur Schwanzflosse an Korallen. Forscherinnen der Universitäten Zürich und Giessen belegen nun, dass die von den Delfinen speziell ausgesuchten Korallen biofunktionelle Eigenschaften aufweisen. Das deutet darauf hin, dass die Delfine die wirbellosen Meerestiere zur Behandlung ihrer Symptome nutzen können. Vor dreizehn Jahren beobachtete Angela Ziltener, Wildtierbiologin an der Universität Zürich, erstmals Delfine, die sich im nördlichen Roten Meer vor der Küste Ägyptens an Korallen rieben. Ihr und ihrem Team fiel auf, dass die Delfine sich nur an ausgesuchten Korallen rieben, und sie wollten verstehen, warum. «Ich hatte dieses Verhalten noch nie zuvor gesehen, und es war klar, dass die Delfine genau wussten, welche Koralle sie benutzen wollten», sagt Ziltener.

Die meisten Delfinforschungen werden von der Wasseroberfläche aus durchgeführt. Da Ziltener Taucherin ist, konnte sie die Delfine aus der Nähe studieren. Sie brauchte einige Zeit, um das Vertrauen der Tiere zu gewinnen. Dies gelang ihr mitunter deshalb, weil die Delfine sich von den grossen Luftblasen, die von den Tauchflaschen freigesetzt werden, nicht abschrecken liessen und sich an die Taucher gewöhnten. «Manche Delfine wie die Spinnerdelfine im südägyptischen Roten Meer sind schüchterner, wenn es um Luftblasen geht», sagt sie.

Polypen setzen Schleim frei
Als die Delfine es ihr erlaubten, sie regelmässig zu besuchen, konnten sie und ihre Kollegen die Korallen, an denen sich die Delfine rieben, identifizieren und untersuchen. Sie fanden heraus, dass die Indopazifischen Grossen Tümmler durch das wiederholte Reiben an den Korallen die winzigen Polypen, aus denen die Korallengemeinschaft besteht, aufrühren und diese Schleim freisetzen. Um zu verstehen, welche Eigenschaften der Schleim hat, sammelte das Team Proben der Korallen.

Coautorin Gertrud Morlock, analytische Chemikerin und Lebensmittelwissenschaftlerin an der Justus-Liebig-Universität Giessen, analysierte die Proben der Gorgonienkoralle (Rumphella aggregata), der Lederkoralle (Sarcophyton sp.) und des Schwamms (Ircinia sp.) mit ihrem Team und fand dabei 17 aktive Metaboliten mit antibakteriellen, antioxidativen, hormonellen und toxischen Aktivitäten.

Die Forschenden nehmen an, dass die bioaktiven Substanzen der Korallen und Schwämme dazu dienen, das Mikrobiom der Delfinhaut zu regulieren und Infektionen zu behandeln. «Durch wiederholtes Reiben kommen die aktiven Stoffwechselprodukte mit der Haut der Delfine in Kontakt», erklärt Morlock. «Die Metaboliten könnten ihnen helfen, die Homöostase der Haut zu stabilisieren, und für die Prophylaxe oder Zusatzbehandlung gegen mikrobielle Infektionen nützlich sein.»

Korallenriffe zum Schlafen und Spielen

Die Riffe, in denen diese Korallen auftreten, sind wichtige Orte für die lokalen Delfinpopulationen. Sie kommen dorthin, um sich auszuruhen und zu schlafen, aber auch um zu Spielen und Spass zu haben. Zwischen den Nickerchen wachen die Delfine oft auf, um sich an den Korallen zu reiben. «Es ist fast so, als würden sie duschen und sich reinigen, bevor sie schlafen gehen oder für den Tag aufstehen», sagt Ziltener.

Konflikt mit dem Tourismus
Seit die Wildtierbiologin 2009 begann, Delfine in Ägypten zu erforschen, hat sie einen beunruhigenden Trend festgestellt. «Die Tourismusindustrie verdient inzwischen viel Geld am Traum der Leute, mit den Delfinen zu schwimmen. Die Touristen stören die Tiere jedoch, wenn sie sich nicht an die Richtlinien für einen verantwortungsvollen Umgang mit ihnen halten», sagt sie. In ihrer Sorge um die Tiere hat sie eine Organisation namens Dolphin Watch Alliance gegründet, eine Naturschutzorganisation, die Reiseleiter, Touristen und die Öffentlichkeit darüber aufklärt, wie man Tourismus-Erlebnisse anbieten kann, die für Delfine sicher sind, und die sich dafür einsetzt, dass Riffe zu Schutzgebieten werden.

(Universität Zürich)


Originalpublikation:
Morlock and Ziltener et al.: Evidence that Indo-Pacific bottlenose dolphins self-medicate with invertebrates in coral reefs.
Iscience, 19. Mai 2022. DOI: 10.1016/j.isci.2022.104271

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Wissenschaft International