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Preis für Grundlagenforschung
Thüringer Forschungspreis 2007 in der Kategorie "Grundlagenforschung"
"Grundlagenforschung" I
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| Prof. Dr. med. Klaus Benndorf |
"Molekulare Steuerung von Proteinen. Das Schaltverhalten von Ionenkanälen"
Prof. Dr. med. Klaus Benndorf Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Physiologie des Universitätsklinikums Jena / Physiologie II
In der Forschungsarbeit von Prof. Benndorf konnte vermittels einer neu-entwickelten optischen Methode zum ersten Mal gezeigt werden, nach welchen biophysikalischen Prinzipien einzelne Ligand-gesteuerte Ionenkanäle, die in den Membranen von Riechzellen angesiedelt sind, geschaltet werden. Elektrische Aktivität dieser Ionenkanäle beeinflusst entscheidend Aufnahme, Interpretation, Verarbeitung und Weitergabe von Sinnesreizen im Nervensystem. Aus den überraschenden Resultaten der Arbeit ergeben sich weit reichende Konsequenzen für das Verständnis Ligand-gesteuerter Schalterfunktionen in Ionenkanälen sowie wesentliche neue Einsichten zu ihrer pharmakologischen und therapeutischen Beeinflussung für die Entwicklung von Arzneimitteln.
In lebenden Zellen gibt es eine Vielzahl von Eiweißmolekülen (Proteinen), deren Funktion durch die Bindung anderer Moleküle, sogenannter Liganden, gesteuert wird. Bindet ein Ligand an einer speziellen Bindungsstelle des Rezeptors, so ändert dieser seine räumliche Struktur. Aus theoretischen Überlegungen ergibt sich, dass sich die Affinität des Rezeptors nach Bindung des Liganden gravierend ändert. Zum Verständnis der Funktion eines Rezeptors ist es besonders erstrebenswert, sowohl die Bindung des Liganden als auch die Konformationsänderung gleichzeitig zu messen. CNG-Ionenkanäle sind membranäre Rezeptorproteine, die durch die Bindung zyklischer Nucleotide an der intrazellulären Seite der Proteine geöffnet werden. Mittels einer Patch-Clamp-Technik und konfokaler Mikroskopie wurde erstmals gleichzeitig die Bindung der Liganden an CNG-Kanäle und die daraus resultierende Konformationsänderung dieser Rezeptorproteine quantifiziert. Durch die Untersuchungen wurde aufgeklärt, dass in einem aus vier identischen Untereinheiten bestehenden CNG-Kanal nur zwei der vier Bindungsstellen besetzt werden müssen, um den Kanal voll zu öffnen. Die Ergebnisse sind von großer Bedeutung für ein tieferes biophysikalisches Verständnis der Interaktion von Rezeptorproteinen mit Liganden.
Laudatio:Prof. Dr. rer. nat. Olaf Pongs
Wiss. Direktor d. Zentrums für Molekulare Neurobiologie Hamburg (ZMNH), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Laudatio zum Forschungspreis 2007 in der Kategorie
"Grundlagenforschung" I
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Bilder zum Forschungsgegenstand
Abb. 1. CNG-Kanäle sind ligandengesteuerte Kationenkanäle in der Zellmembran, die aus vier Untereinheiten bestehen und durch die Bindung cyclischer Nucleotide an intrazelluläre Bindungsstellen öffnen.
Abb. 2. Spitze einer Patchpipette aus Glas mit CNG-Kanälen in einer Biomembran. Die grüne Fluoreszenz wird durch die gebundenen fluoreszierenden Liganden hervor gerufen.
Institut für Physiologie, Universitätsklinikum Jena der Friedrich-Schiller-Universität Jena