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News: Es werde Licht

Das grün fluoreszierende Protein ist einer der am meisten genutzten Leuchtmarker in der Zellbiologie. Nun haben Biologen das Molekül erfolgreich so verändert, daß noch weitere vielfältige Einsatzbereiche offen liegen. Es gelang ihnen sogar, ein ganzes anderes Protein in das GFP einzubauen. Die Eigenschaften der neuen Variante lassen die Augen der Wissenschaftler begeistert leuchten...
Das grün fluoreszierende Protein (GFP) der Qualle Aequorea dient Biologen als Leuchtmarker, um grundlegende Vorgänge in der Zellbiologie zu erforschen. Dabei wird es in vielfältiger Weise als genetischer Marker und Biosensor eingesetzt. Wie eine Kontrolleuchte zeigt es den Wissenschaftlern zum Beispiel an, welche Gene gerade an- oder abgeschaltet sind – also die Muster der Genexpression in lebenden Zellen oder Organismen. Andererseits kann es wie eine Positionslampe an Proteinen gehängt dazu dienen, deren Weg in der Zelle zu verfolgen. Modifikationen des Moleküls führten zu blau-, cyan- und gelbfarbigen Derivaten sowie zu Verbindungen, die Veränderungen des pH-Wertes oder des Calciumgehaltes anzeigen können.

Bisher wird das GFP immer an eines der beiden Enden der Trägerproteine angehängt und nur in Einzelfällen in die Molekülstruktur eingebaut. Und bis heute haben sich Forscher auch nicht getraut, an der scheinbar monolithischen, faßartigen Struktur des GFP, in deren Inneren der lichtempfindliche Teil versteckt ist, etwas zu verändern, aus Angst, damit die begehrte Leuchteigenschaft zu zerstören.

Roger Tsien und seinen Kollegen vom Howard Hughes Medical Institute der University of California in San Diego gelang es nun jedoch, die Struktur sogar recht weitreichend zu verändern, ohne die Funktionalität des GFP zu beeinträchtigen. Das Forschungsteam entdeckte, daß nach dem Austauschen der Endabschnitte des GFP – der sogenannten C-terminalen und N-terminalen Domänen – das Protein nicht nur intakt bleibt, sondern auch interessante Unterschiede in seinen fluoreszierenden Eigenschaften zeigt. Außerdem konnten sie in ihre neue, nun gelb leuchtende Variante (YFP) des GFP das gesamte Protein Calmodulin (CaM) einbauen (Proceedings of the National Academy of Sciences vom 28. September 1999, Abstract).

Die Fluoreszenz dieser Chimäre erhöht sich bei einer Bindung an Calcium sehr viel stärker als bei allen bisher bekannten genetischen Fluoreszenzsonden, und ist zusätzlich auch noch in der Lage, Veränderungen des Calciumgehaltes in lebenden Zellen festzustellen. Damit bietet sich den Wissenschaftlern ein weites Feld an einzufügenden Molekülen, zum Beispiel solchen, welche Zellaktivitäten wie den Proteinabbau oder die Bindung von Metallionen überwachen. Wenn dies erfolgreich gelingt, wird den Forschern noch so manches Licht aufgehen bezüglich Vorgängen, die jetzt noch im dunkeln liegen.

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