Femtosekundenlaser-basiertes Verfahren vertieft Verständnis der Genregulation

Die HAWK beteiligt sich an internationaler Forschungskooperation

Erscheinungsdatum: 29.07.2020

Die Regulation von Genen ist ein grundlegender Steuerungsmechanismus in allen Lebewesen. Sie bestimmt, ob eine Zelle das von einem Gen kodierte Eiweiß – Protein genannt – bildet oder nicht. Die Proteine haben vielfältige Aufgaben in der Zelle von der Verteidigung gegen Mikroorganismen bis zur Signalweiterleitung. Besondere Proteine - Transkriptionsfaktoren genannt - steuern Gene durch spezifische Wechselwirkungen mit DNA-Sequenzen. Diese Interaktion untersuchen und verstehen Forschende einer Kooperation der HAWK und vier weiterer Einrichtungen jetzt bis auf das Atom genau.

Im Rahmen einer internationalen Kooperation der HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, des Max-Planck-Instituts für Biochemie München (MPI), dem Institut für Angewandte Physik (IAP) der Universität Jena, dem Center of Genomic Research (CGR)/Barcelona und dem Brigham and Women’s Hospital/Harvard (BWH) entstand ein neues Verfahren namens flix-MS, über welches das Team jetzt im renommierten Journal NATURE COMMUNICATIONS berichtet.

Das Verfahren liefert in kurzer Zeit wichtige molekulare und räumliche Informationen dazu, wie die Transkriptionsfaktoren die DNA binden und regulieren. Standardverfahren bräuchten dafür mehrere Monate oder könnten teils gar keine Ergebnisse liefern. Durch einen speziellen Laser, der Lichtimpulse aussendet, die nur 1 Millionstel einer Milliardstel Sekunde (eine Femtosekunde) dauern, wird die Situation in der Zelle quasi „eingefroren“ und danach mit einem Massenspektrometer analysiert. Das Einfrieren nennt sich Cross-Linking – das Akronym flix-MS steht für ein Verfahren, das Femtosekunden-gepulste Laser als Cross-Linker (flix) in Kombination mit der Massenspektroskopie (MS) sowie modernster Bioinformatik einsetzt.

Die Massenspektroskopie beruht auf der Ionisierung von Teilchen und ihrer anschließenden Trennung in elektrischen und magnetischen Feldern nach ihrer Masse und Ladung. Zusammen mit einer Hochleistungssoftware und genetischen Datenbanken kann man damit auf atomarer Ebene die Bindungspartner identifizieren. Diese Informationen sind sehr wertvoll für das Design von modernen Medikamenten und die Genetik.

NATURE COMMUNICATIONS ist eine begutachtete wissenschaftliche Open-Access-Fachzeitschrift, die seit 2010 von der Nature Publishing Group herausgegeben wird.

DOI (Digital Object Identifier): 10.1038/s41467-020-16837-x