Forschende der TUM School of Life Sciences haben eine neue Methode entwickelt, um Interaktionen zwischen Proteinen und DNA erfassen zu können. Dank intensivem LED-Schwarzlicht kann die Proteomik mehr Daten für Pharmazie und Grundlagenforschung bereitstellen.
Damit Proteine ihre vielfältigen Funktionen im menschlichen Körper erfüllen können, brauchen sie Informationen von der DNA. Um diese auslesen zu können, müssen sie direkt mit der DNA in Kontakt kommen. Welche Proteine in lebenden Zellen direkt an das DNA-Molekül binden, war bislang schwer systematisch zu untersuchen. Ein Team von TUM-Forschenden hat nun eine Methode entwickelt, um direkte Protein-DNA-Interaktion für fast zweitausend Proteine gleichzeitig nachzuweisen.
So wird Schwarzlicht in der Proteomik eingesetzt
Das als Schwarzlicht aus Bars und Diskotheken gut bekannte langwellige UV-Licht ist auch in der Forschung nützlich. Dr. Jakob Trendel, Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Proteomik und Bioanalytik von Bernhard Küster, erklärt: „UV-Licht mit niedriger Wellenlänge wird von Proteinen, DNA und RNA stark absorbiert und ist daher schnell schädlich für die Struktur einer Zelle. Langwelligeres UV-Licht ist weitaus weniger schädlich für Biomoleküle und kann daher in sehr hohen Intensitäten verwendet werden.“
Dafür verwenden Trendel und sein Team eine LED-basierte Schwarzlichtlampe und einen künstlichen Baustein der DNA. Zellkulturen bauen diesen Baustein in ihre DNA-Moleküle ein, das Schwarzlicht aktiviert diesen, ohne den Zellen zu schaden. Das eröffnet neue Möglichkeiten für künftige Untersuchungen, weil DNA-bindende Proteine in ihrer natürlichen Umgebung erforscht werden können.
DNA-Anhängsel verrät Kontakt in lebenden Zellen
Die Fragestellt sich, wie sorgt das Licht nun dafür, dass der Kontakt von DNA und Protein nachgewiesen werden kann? Jakob Trendel erklärt: „Wir füttern Zellen einen künstlichen Baustein der DNA, den wir mit Schwarzlicht aktivieren können. Proteine, die direkt an die DNA binden, werden dadurch mit ihr verknüpft. In unserer Messung sehen wir, dass manche Proteine dadurch plötzlich ein Stückchen DNA an sich tragen. Das ist für uns der Nachweis für den Kontakt und zeigt uns zudem, welchen Teil der Peptidsequenz ein Protein für diesen Kontakt verwendet hat.“
Reaktion hunderter Proteine an Brustkrebs-DNA entdeckt
Das Forschungsteam hat seine Methode bereits an Brustkrebszellen getestet, die auf das Hormon Östrogen reagieren. Dabei erkennt ein spezialisiertes Rezeptorprotein das Östrogen, bindet an die DNA und aktiviert bestimmte genetische Programme. Mit der neuen Methode konnten die Forschenden nicht nur dieses Rezeptorprotein, sondern auch 1800 weitere Proteine identifizieren, die an die DNA binden – über 100 davon reagierten auf das Hormonsignal. Die Technik ermöglicht es nun, diese komplexen Zusammenhänge auch mit anderen Wirkstoffen zu untersuchen.
Zu den Möglichkeiten, die sich dadurch eröffnen, sagt Jakob Trendel: „Wir werden die Methode in Zukunft verwenden, um den Effekt von Chemotherapeutika auf Krebszellen zu untersuchen und zu verbessern. Neben Stoffen, die DNA aktiv schädigen, sind dabei vor allem epigenetische Wirkstoffe interessant. Deren Ziel ist es, DNA-Bindung durch chemische Modifikationen an DNA oder Proteinen zu verändern.“
Quelle
Technische Universität München (08/2025)
Publikation
The human proteome with direct physical access to DNA. Cell May 22, 2025 (open access). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.037 https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.037