Immunbiologie

Antikörper-Bauplan aus dem Rechner

Antikörper verteidigen unseren Körper gegen Eindringlinge. Die Moleküle bestehen aus Proteinen mit angehängten Zuckern, wobei bisher teilweise unklar war, nach welchem Bauplan letztere angehängt werden. Für die Zeitschrift ‚Nature Communications‘ haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München diesen Bauplan nun im Rechner ergänzt und anschließend im Labor bestätigt.

Photo
Quelle: Fotolia/molekuul.be

Konkret untersuchten die Autoren IgG-Antikörper.* Sie sind die häufigsten Antikörper im Blut und wirken vor allem gegen Viren und Bakterien. „Sie haben die typische Form eines Y und bestehen zu einem Großteil aus Protein“, erklärt Elisa Benedetti, Doktorandin am Institute of Computational Biology (ICB) des Helmholtz Zentrums München. „Allerdings hängt die Zelle bei der Fertigung noch verschiedene Zucker an, und wie das vor sich geht, ist bisher kaum verstanden“, so die Erstautorin der Arbeit weiter.

Dabei ist dieser Prozess durchaus interessant: Je nachdem, welche Zucker angehängt werden (im Fachjargon wird dies Glykosylierung genannt), kann der Antikörper sehr unterschiedliche Funktionen ausüben. Während der eine Zucker für eine heftige Entzündungsreaktion beim Kontakt mit dem Antigen sorgt, unterbindet hingegen ein anderer die Immunreaktion.

Biochemische Aufgabe im Rechner gelöst

Unsere Studie zeigt, wie sich Informationstechnologien und klassische Nasschemie unterstützen und bereichern können

Jan Krumsiek

„Die Schwierigkeit bei der Ermittlung der Baupläne liegt unter anderem darin, dass hier mehrere Enzyme beteiligt sind, deren Zusammenwirken sehr komplex ist“, erklärt Letztautor Dr. Jan Krumsiek, Nachwuchsgruppenleiter am ICB und Junior Fellow der TU München. Um diese biochemisch schwer lösbare Aufgabe anzugehen, holten sich die Bioinformatiker das Problem in die digitale Welt.

Dazu zogen sie Daten der kroatischen '10001 Dalmatiner Biobank' heran. Darin untersuchten sie zunächst die Blutproben von knapp 700 Probandinnen und Probanden im Alter zwischen 18 und 88 Jahren hinsichtlich der Zucker an den IgG-Antikörpern. Anhand der bisher bekannten Glykosylierungsschritte ermittelten sie, inwiefern die digital erfassbaren Ähnlichkeiten den fortlaufenden enzymatischen Prozess abbilden können. In der Tat rekonstruierte der Algorithmus anhand der Daten den bisher bekannten Bauplan - und entwickelte ihn weiter.

„Wir konnten also neue Schritte vorhersagen, wie die Zuckerreste an den Antikörper gehängt werden müssten“, erklärt Krumsiek. „Anhand drei weiterer Kohorten mit insgesamt über 2.500 Proben konnten wir dieses Modell in der Theorie untermauern.“ Anschließend bestätigten die Forscher die vorhergesagten Schritte durch verschiedene Methoden: zum einen anhand einer genomweiten Assoziationsstudie mit rund 1.900 Proben der Augsburger KORA-Studie, zum anderen im Rahmen von drei Versuchsreihen im Labor (in vitro).

„Wir konnten zeigen, dass mindestens eine der vorhergesagten Reaktionen im Reagenzglas ablaufen kann. Zudem haben wir in Zellkultur bewiesen, dass bestimmte Enzyme, deren Zusammenwirken unser Modell vorhergesagt hatte, tatsächlich in der Zelle kolokalisiert, also räumlich eng beieinander angesiedelt, sind“, so Krumsiek. „Unsere Studie zeigt, wie sich Informationstechnologien und klassische Nasschemie unterstützen und bereichern können.“

* IgG steht für Immunglobulin G. Die Antikörper werden durch sogenannte Plasmazellen nach Kontakt mit einem entsprechenden Antigen gebildet. „Kommt es bei der Glykosylierung der Antikörper zu Störungen, kann das schwere Folgen haben“, erklärt Benedetti. So seien bereits mehrere Krankheiten wie Diabetes, Autoimmunerkrankungen (beispielsweise Lupus) oder Krebs mit falsch angehängten Zuckern in Verbindung gebracht worden.


Quelle: Helmholtz Zentrum München

30.11.2017

Mehr aktuelle Beiträge lesen

Verwandte Artikel

Photo

Tumorkontrolle

Hodgkin-Lymphom: Auf Vitamin D achten!

Der Vitamin-D-Stoffwechsel spielt eine bedeutende Rolle im Immunsystem unseres Körpers. Da Hodgkin-Lymphome im Zusammenspiel mit dem Immunsystem entstehen und Studien zu anderen Lymphom-Erkrankungen…

Photo

Makrophagen

Gelenke bilden "Schutzschild" aus Fresszellen

Ein Forschungsteam des Uni-Klinikums Erlangen hat entdeckt, dass Makrophagen geschlossene Barrieren bilden können und Gelenke so vor Entzündungen schützen. Bislang standen die Fresszellen des…

Photo

Paradigmenwechsel in der MS-Therapie

Multiple Sklerose: Heilung durch Stammzelltransplantation?

Verschiedene Therapien sind heute hocheffektiv zur Prophylaxe der Krankheitsschübe bei Multipler Sklerose (MS), jedoch relativieren neuere Studien den Erfolg im Hinblick auf die langfristige…

Verwandte Produkte

Beckman Coulter – Access 25(OH) Vitamin D Total

Immunoassays

Beckman Coulter – Access 25(OH) Vitamin D Total

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – Access Active B12

Immunoassays

Beckman Coulter – Access Active B12

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – Access Procalcitonin (PCT)

Immunoassays

Beckman Coulter – Access Procalcitonin (PCT)

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – Anti-Mullerian Hormone (AMH)

Immunochemistry

Beckman Coulter – Anti-Mullerian Hormone (AMH)

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – phi (Prostate Health Index)

Immunochemistry

Beckman Coulter – phi (Prostate Health Index)

Beckman Coulter, Inc.