Auffindung des fehlenden Gens der Plasmalogen Biosynthese

Unser Körper stellt eine überraschende Vielfalt von Fettstoffen (Lipiden) her, die wir zur Speicherung von Energie, zum Bauen von Wänden um unsere Zellen und in unserem Gehirn, sogenannte biologische Membranen, benötigen. Spezialisierte Enzyme bilden aus den Lipiden hochwirksame Signalmoleküle, die für die Kommunikation in der Zelle und zwischen Zellen sehr wichtig sind. Eine Hauptklasse der Fettstoffe in unserem Körper wird Plasmalogene genannt. Plasmalogene sind in großen Mengen im Gehirn und in den Wänden von Immunzellen zu finden. Plasmalogene besitzen ein besonderes Strukturmerkmal, ein Doppelbindung benachbart zu einer Etherbindung in ihrem Grundgerüst. Diese Doppelbindung gibt den Plasmalogenen spezielle Eigenschaften, zum Beispiel eine Empfindlichkeit gegenüber Säuren und Oxidationsmitteln. Das Gen und der Bauplan des Enzyms, das diese Doppelbindung einbaut, sind noch nicht bekannt. Das liegt vermutlich daran, dass diese Fettstoffwechselenzyme sehr empfindlich sind und sich deshalb den herkömmlichen Mitteln zur Reinigung und Beschreibung von Enzymen entziehen. Wir wählen daher einen neuen Ansatz um das Gen zu finden, der auch in dem Vorprojekt zur Beschreibung des Gens eines anderen Fettstoffwechselenzyms erfolgreich war. Wir wählen mit Mitteln der Bioinformatik aus den Datenbanken von Säugetierproteinen sogenannte Kandidatengene aus, von denen wir aufgrund ihres Bauplanes vermuten, dass sie die von uns gesuchte Enyzmaktivität vermitteln könnten. Wir testen diese Kandidatengene dann in einem extra für dieses Projekt neu entwickelten, speziellen zellulären Testsystem. Dabei verwenden wir synthetisch hergestellte, spezielle Fettstoffe die fluoreszieren. Diese können dann auch in geringen Spuren in Extrakten der Zellen nachgewiesen werden. Als Ergebnis des Projektes erwarten wir die Auffindung jenes Gens, das für das Einführen der Doppelbindung in die Plasmalogene verantwortlich ist. Damit wird es zum ersten Mal möglich sein in den vorhandenen Datenbanken nachzusehen, ob die Einführung der Doppelbindung in Krankheiten verändert ist. Es wird damit erstmals auch möglich, das Ausmaß der Bildung der Doppelbindung in Modellorganismen zu verändern, und damit die physiologische Rolle des Enzyms zu studieren. Durch die Auffindung des fehlenden Gens der Plasmalogenbiosynthese wir es möglich werden, das entsprechende Enzym herzustellen und seinen Mechanismus zu studieren. Es können dann Wirkstoffe entworfen und getestet werden, die die Aktivität des Enzyms verändern und möglicherweise die Grundlage zur Entwicklung neuer Medikamente liefern.

In diesem Projekt konnten wir ein Gen für ein Enzym finden, das eine wichtige Reaktion in unserem Fettstoffwechsel ausführt. Diese wird zur Bildung einer besonderen Fettklasse, der Plasmalogene benötigt. Plasmalogene finden sich überall in unserem Körper, besonders im Gehirn und in den Wänden von Immunzellen. In der Lunge werden sie als eine Art Schmierstoff oder Benetzungsmittel benötigt. Durch das Rauchen werden diese Stoffe in unserer Lunge zerstört, was zu Lungenerkrankungen beitragen kann. Obwohl das menschliche Genom schon vor einigen Jahren fast vollständig entschlüsselt worden war, kennen wir von etwa dreitausend der etwa zwanzigtausend Gene, die für die Bildung von unseren Eiweißmolekülen verantwortlich sind, noch keine Rolle. Das behindert uns bei der Suche nach den Mechanismen zur Entstehung von Krankheiten mittels genetischer Vergleichsanalysen, und bei der Suche nach den Ursachen von seltenen Erkrankungen in Neugeborenen. Im vorliegenden Projekt konnten wir die Zahl der Gene mit unbekannter Rolle um eins reduzieren in dem wir die Rolle eines Gens in der Plasmalogenbildung beschreiben, das vorher den Namen Transmembran Protein Nummer 189 getragen hat. Das Auffinden des Gens ist eine Voraussetzung für eine Vielzahl weitere Forschungsarbeiten. Es ermöglicht zum Beispiel die Vorhersage der räumlichen Anordnung dieses Enzyms. Damit kann man dann Moleküle auswählen, die vielleicht die Reaktion des Enzyms bremsen oder beschleunigen können, eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Wirkstoffen zur Veränderung des Stoffwechselweges, die in Zukunft als Grundlage für Medikament-Entwicklungen dienen könnten. Die Auffindung des Gens ist auch Voraussetzung für die weitere Untersuchung der Bedeutung des Stoffwechselweges. Sie ermöglicht die Veränderung der Reaktion in kultivierten Zellen und erlaubt dann das Studium der Folgen dieser Veränderungen. Als ersten Schritt zur Auffindung des Gens entwickelten wir neue Methoden um die Enzymreaktion die es ausführt besser messen zu können. Dazu verwendeten wir besondere Fettmoleküle deren Eigenschaften denen der natürlich vorkommenden Fett ähnelten, die aber die Eigenschaft der Fluoreszenz aufwiesen. Dadurch kann man sie sehr gut messen. Wir stellten diese besonderen Fettmoleküle durch Fütterung von speziellen kultivierten Zellen her, die bestimmte Stoffwechselreaktionen nicht ausführen können. Die Verbindungen wurden dann aus diesen Zellen gereinigt und für die Enzymreaktion verwendet. Für den Erfolg unseres Projektes entscheidend waren öffentliche, wissenschaftliche Sequenzdatenbanken. Darin ist eine enorme Menge von Daten zum Vorhandensein der Boten-Ribonukleinsäure in menschlichen Zelllinien und in Geweben von Menschen und Tieren Gene gespeichert. Wir bestimmten zuerst die Aktivität des Enzymes mit unseren neu entwickelten Methoden unter Verwendung der fluoreszierenden Fettmoleküle. Dann ergab ein Vergleich unserer Meßwerte mit den Daten über die Boten-Ribonukleinsäuren in den Datenbanken dass die Aktivitäten am besten zu der Menge der Bote- Ribonukleinsäure des Transmembran Protein 189 passten. Weitere Versuche konnten dann bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um das von uns gesuchte Gen handelte