Verstehen, wie und welche Proteine zusammenarbeiten

Der menschliche K?rper und seine Organe sind aus den verschiedensten Zelltypen zusammengesetzt. Obwohl alle Zellen dieselben Gene enthalten, funktionieren sie unterschiedlich ¨C unter anderem deshalb, weil die Proteinwechselwirkungen in jeder Zelle anders sind.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben nun einen Atlas erstellt, der zeigt, welche Proteine in welchen Geweben zusammenarbeiten. Diese Erkenntnisse helfen, Krankheitsgene gezielter zu identifizieren und Medikamente zu entwickeln, die gezielt dort wirken, wo sie wirken m¨¹ssen, und sonst nirgends.

Die meisten Proteine arbeiten zudem nicht allein f¨¹r sich, sondern im Team: Sie interagieren mit anderen Proteinen, etwa indem sie sich zu Komplexen zusammenlagern oder entlang von biochemischen Signalkaskaden.

Um besser zu verstehen, wie Zellen in den unterschiedlichen Geweben oder Organen des K?rpers funktionieren, m¨¹ssen Wissenschaftler:innen deshalb zuerst herausfinden, welche Proteine zusammenarbeiten und wie sich deren Koordination von Zelltyp zu Zelltyp unterscheidet. ?Kennen wir die spezifischen Protein-Interaktionen, verstehen wir besser, was eine Leberzelle von einer Hirnzelle unterscheidet?, sagt Pedro Beltrao, Professor am Institut f¨¹r Molekulare Systembiologie der ETH Z¨¹rich.

Welche dieser Protein-Interaktionen universell im ganzen K?rper vorkommen oder nur sehr spezifisch f¨¹r ein bestimmtes Gewebe sind, ist jedoch nur ungen¨¹gend bekannt, unter anderem deshalb, weil es teuer, aufw?ndig und kompliziert ist, die Protein-Wechselwirkungen mit Laborexperimenten systematisch zu untersuchen.

Riesige Datens?tze durchgek?mmt

Beltrao und seine Mitarbeitenden haben deshalb den Weg ¨¹ber die Bioinformatik gew?hlt und bestehende Datensammlungen ¨¹ber das Proteom (die Gesamtheit aller Proteine, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle vorhanden ist) genutzt.

F¨¹r ihre Studie, die soeben in der Fachzeitschrift externe Seite Nature Biotechnology erschienen ist, durchk?mmten die ETH-Forschenden Proteom-Daten von ¨¹ber 7800 menschlichen Biopsien. Anhand dieser riesigen Datens?tze schlossen die Forschenden dann auf gewebespezifische Protein-Interaktionen in elf verschiedenen Gewebearten.

Jede vierte Interaktion ist gewebespezifisch

Die ETH-Forschenden haben gefunden, dass jede vierte Protein-Interaktion gewebespezifisch ist. Sie kommt beispielsweise nur im Lebergewebe vor, nicht aber in den ¨¹brigen zehn untersuchten Gewebearten. Beltrao f¨¹hrt die meisten Unterschiede zwischen Geweben auf Kompartimente zur¨¹ck, die spezifisch f¨¹r gewisse Zelltypen sind. Zellkompartimente sind abgegrenzte Bereiche innerhalb einer Zelle, in denen bestimmte Aktivit?ten ablaufen. Ein Teil der Protein-Interaktionen findet denn auch in Kompartimenten statt.

Eine besonders hohe Anzahl von gewebespezifischen Protein-Interaktionen kommen im Hirn und dessen Nervenverbindungen (Synapsen) vor. Um die Protein-Teams von Synapsen zu ¨¹berpr¨¹fen, nutzten Beltrao und seine Kollegen Daten, die ETH-Professor Bernd Wollscheid in seinem Labor erhoben hatte.

Bessere Medikamente, die gezielt wirken

Interessant sind die Erkenntnisse unter anderem f¨¹r die Pharmaforschung. Das Wissen ¨¹ber organspezifische Protein-Interaktionen hilft Forschenden, Krankheitsmechanismen besser zu verstehen und Krankheitsgene zu identifizieren, um die Medikamentenentwicklung zu verbessern.

?Proteine, die im Team arbeiten, beeinflussen meistens auch die gleiche Krankheit?, erkl?rt Beltrao. ?Wenn wir also sagen k?nnen, welche Proteine beispielsweise ausschliesslich in Nervenzellen zusammenarbeiten, k?nnen wir jene Gene, die in die Krankheit involviert sind, besser definieren.?

Heutige Medikamente k?nnen ein breites Wirkungsspektrum und dementsprechend unerw¨¹nschte Nebenwirkungen in K?rperregionen, die nicht das therapeutische Ziel sind, haben. Die Erkenntnisse aus dieser Studie k?nnten Forschende dabei unterst¨¹tzen, Wirkstoffe zu suchen, die organ- oder gewebespezifisch auf Proteine einwirken. Das erh?ht die Medikamentensicherheit durch Spezifit?t.