Optischer Sensor misst Enzymaktivität in Echtzeit

06. Aug 2012

Wissenschaftler der Universität Heidelberg und des EMBL Heidelberg haben im Rahmen einer Kooperation im Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL) eine Methode entwickelt, mit der sie die Aktivität eines für verschiedene Lungenerkrankungen bedeutsamen Enzyms direkt auf der Zelloberfläche messen können. Das Verfahren kann sowohl die Diagnose chronischer Lungenerkrankungen verbessern als auch bei der Entwicklung neuer Medikamente helfen.

Molekulare Struktur des FRET-Sensors

Molekulare Struktur des FRET-Sensors

FRET-Sensoren erfreuen sich in der medizinisch-biologischen Forschung derzeit wachsender Beliebtheit. Denn mit diesen optischen Sensoren lassen sich Stoffwechselprozesse von Zellen analysieren, in Echtzeit und im lebenden Organismus. Wissenschaftler des zum Deutschen Zentrum für Lungenforschung gehörenden Translationalen Lungenforschungszentrums in Heidelberg haben jetzt einen FRET-Sensor entwickelt, der es erlaubt, die Aktivität eines besonderen Enzyms, der neutrophilen Elastase, nicht nur in löslicher Form, sondern direkt auf der Zelloberfläche zu messen.

Dieses von den neutrophilen Granulozyten, den häufigsten weißen Blutkörperchen im menschlichen Organismus, hergestellte Enzym ist bei verschiedenen chronischen Lungenerkrankungen von Bedeutung – angefangen mit Asthma, über COPD bis hin zum Lungenemphysem. So weist eine verstärkte Freisetzung der neutrophilen Elastase auf frühe krankhafte Veränderungen der Lunge hin.

Dass sich mit dieser Methode die Diagnostik verbessern könnte, haben die Wissenschaftler in einem Mausmodell für Lungenentzündungen überprüft. Dabei zeigte sich, dass die Aktivität des Enzyms überwiegend mit der Oberfläche der neutrophilen Granulozyten gekoppelt ist. Ihr FRET-Sensor ermöglicht es, so die Forscher Stefanie Gehrig, Prof. Marcus Mall und PD Dr. Carsten Schultz, „nun die Rolle der membranassoziierten Form neutrophiler Elastase in chronischen Lungenerkrankungen zu untersuchen und deren potenzielle Verwendung als neuer Biomarker und therapeutisches Ziel zu evaluieren.“ Diese Arbeiten können jetzt im Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL) realisiert werden.

Quelle:
Gehrig, S. et al.: Räumlich aufgelöste Analyse der Aktivität der Neutrophilenelastase mit ratiometrischen Fluoreszenzsonden. In: Angewandte Chemie, 2012, 124(25), S. 6363-6366

Gehrig S. et al.: Spatially resolved monitoring of neutrophil elastase activity with ratiometric fluorescent reporters. In: Angewandte Chemie Int Ed Engl. 2012;51(25):6258-61.


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