Neuer Sensor wirft Licht auf die biologischen Prozesse von Zink
EU-finanzierte Forscher haben einen Sensor entwickelt, mit dem sich die Zinkkonzentration in der Zelle messen lässt. Mit den Ergebnissen sollte es möglich sein, das Verständnis von Krankheiten wie Diabetes und Alzheimer zu erweitern, an denen Zink beteiligt ist. An der Forschungsarbeit, die in der Fachzeitschrift Nature Methods online veröffentlicht wurde, waren Wissenschaftler aus den Niederlanden und dem Vereinigten Königreich beteiligt. Die EU-Unterstützung für die Forschung stammte aus dem Projekt SAVEBETA ("Molecular pathways underlying decreased beta cell mass in diabetes mellitus"), das unter dem Themenbereich "Biowissenschaften, Genomik und Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) finanziert wird. Zink ist an vielen Prozessen des menschlichen Körpers beteiligt, dazu gehört auch die Übertragung von Nervensignalen. Rund 5% aller körpereigenen Proteine sind am Zinktransport beteiligt. Doch Zink scheint auch eine Rolle bei verschiedenen Krankheiten wie Typ-2-Diabetes zu spielen. Hohe Zinkkonzentrationen sind bekanntermaßen giftig, doch bisher ist nur wenig darüber bekannt, wie der Körper seinen Zinkhaushalt reguliert. "Im Vergleich zu anderen Mineralstoffen wie Kalzium und Natrium wurde bisher nur wenig über die biologischen Zusammenhänge von Zink geforscht. Dies ist teilweise auf den Mangel an geeigneten Werkzeugen zurückzuführen, mit denen genaue Messungen durchgeführt werden können", kommentierte Professor Guy Rutter von der Abteilung Medizin am Imperial College London im Vereinigten Königreich. "Zink ist ein wichtiger Mineralstoff für den Körper - aus Studien geht hervor, dass er in verschiedenen Bereichen wie Muskeln und Gehirn eine Rolle spielt." Existierende Sensoren zur Messung der Zinkkonzentrationen in Zellen sind oft ungenau. Sie können die niedrigsten Zinkkonzentrationen nicht feststellen und auch nicht die unterschiedlichen Zinkwerte in den verschiedenen Bereichen der Zelle bestimmen. In dieser Studie demonstrieren die Forscher ein neues Gerät mit der Bezeichnung Fluoreszenzresonanzenergietransfer (FRET)-Sensor. Der Sensor besteht aus zwei Quallenproteinen: ein blaues und ein gelbes. Das Team baute das Protein so, dass das von dem blauen Protein aufgenommene Licht zum gelben Protein transportiert wird, das gelbes Licht abgibt. Wenn sich ein Zink-Ion an den Sensor bindet, werden die fluoreszierenden Proteine voneinander weggedrückt und der Lichttransfer wird schwächer. Die Wissenschaftler verwendeten ein Fluoreszenzmikroskop, um die Wellenlängen des von den Proteinen ausgestrahlten Lichts zu messen. Dadurch konnten sie feststellen, ob höhere Zinkwerte in den Zellen vorlagen. Das Team erprobte das neue Gerät an Betazellen der Bauchspeicheldrüse. In diesen Zellen wird Insulin hergestellt und Zink ist an der Verpackung des Insulins beteiligt. Bei Patienten mit Typ-2-Diabetes ist das Gen, das diesen Verpackungsprozess steuert, meistens defekt. Mit dem neuen Werkzeug wurden viel höhere Zinkkonzentrationen in den Körnchen der Zellstrukturen festgestellt, in denen sich Insulin befindet. "Wir konnten sehen, dass die Zinkkonzentration in der Zelle ganz genau auf rund 400 picomol pro Liter gehalten wird. Zu hohe Konzentrationen sind sehr toxisch für die Zelle, doch gleichzeitig ist Zink als ein essenzielles Metall-Ion für viele Enzyme und für alle mögliche Prozesse in der Zelle wichtig", sagte Maarten Merkx von der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler den Sensor weiterentwickeln, um Zink in einem lebenden Mausmodell zu untersuchen. Sie wollen sehen, wie sich Zink in den verschiedenen Geweben bewegt. "Wir können jetzt die Zinkkonzentration in Zellen sehr genau messen und mithilfe unseres molekularen Messgeräts sehen, wo es in der Zelle liegt", erläuterte Professor Rutter. "Diese Informationen werden uns dabei behilflich sein zu sehen, was in anderen Geweben vorgeht, etwa im Gehirn im Fall von Alzheimer, wo Zink auch eine Rolle spielen soll. Wir hoffen, dass dieser neue Sensor den Wissenschaftlern bei der Erforschung von Krankheiten, die mit Zinkkonzentrationen zusammenhängen, hilfreich ist und sie bei der Erkundung neuer Behandlungsmethoden unterstützen wird."
Länder
Niederlande, Vereinigtes Königreich