FAU-Forscher Dube und Zanin entwickeln lichtaktivierbaren MG132-ähnlichen Proteasom-Hemmstoff in Zellen, Erlangen; Licht schaltet Wirkung präzise frei, Zellprozesse modellierbar

Ein Schweizer Taschenmesser für die Zelle

Forschende verbinden Chemie und Zellbiologie zu einem neuartigen Werkzeug für die biomedizinische Forschung

Ein Schlüssel, der erst mit Licht ins Schloss passt – und dabei noch weitere Werkzeuge mitbringt: Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben in einer interdisziplinären chemisch- biologischen Arbeit einen vielseitigen Hemmstoff entwickelt. Das molekulare Schweizer Taschenmesser lässt sich mit Licht gezielt aktivieren, in lebenden Zellen verfolgen und um zusätzliche Funktionen erweitern . Damit eröffnet es neue Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung – und langfristig auch für präzisere Medikamente. Die Studie „A Multifunctional and Secure Photoresponsive Proteasome Inhibitor to Control Cell Fate“ ist im Journal of the American Chemical Society erschienen.

Wie lässt sich ein Wirkstoff von außen kontrollieren?

Ein Medikament soll möglichst nur dort wirken, wo es gebraucht wird. In der Realität ist das schwierig. Wirkstoffe verteilen sich im Körper und können neben ihrem eigentlichen Ziel auch gesundes Gewebe beeinträchtigen und für unerwünschte Nebenwirkungen sorgen. Prof. Dr. Henry Dube und Prof. Dr. Esther Zanin von der FAU verfolgen deshalb einen anderen Ansatz: Sie wollen die Wirkung eines Stoffes von außen kontrollieren – mit Licht.

Was passiert, wenn die Recyclingmaschine der Zelle stillsteht?

Dube ist Chemiker und entwickelt Moleküle, deren Verhalten sich durch Licht steuern lässt. Zanin ist Zellbiologin und erforscht, wie Zellen sich teilen und welche molekularen Prozesse dahinterstecken. Für ihre aktuelle Arbeit haben beide ihre Expertisen – gemeinsam mit Manuel Valentin (Doktorand in der Dube-Gruppe) und David Féval (Masterstudent in der Zanin-Gruppe) – zusammengebracht. Das Ergebnis ist eine Art Schweizer Taschenmesser im Molekülformat.

Ausgangspunkt ist ein Hemmstoff namens MG132 . Sein Ziel ist das Proteasom, eine Art Recyclingmaschine jeder Zelle. Es zerlegt nicht mehr benötigte Proteine in ihre Bestandteile, die anschließend wiederverwendet werden können. Dieses Recycling ist lebenswichtig und spielt auch bei der Zellteilung eine entscheidende Rolle. Wird das Proteasom blockiert, geraten zentrale Abläufe aus dem Takt – was letztlich zum Tod der Zelle führt.

Wie bekommt ein Molekül einen Lichtschalter?

MG132 funktioniert dabei wie ein Schlüssel, der in ein bestimmtes Schloss passt . Genau diesen Schlüssel haben die Forschenden verändert. „Wir haben ihm gewissermaßen eine Kappe aufgesetzt “, erklärt Prof. Dr. Henry Dube, Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie I am Department Chemie der FAU . „ Mit dieser Kappe passt der Schlüssel nicht mehr ins Schloss und der Hemmstoff bleibt inaktiv . Erst wenn wir ihn mit Licht bestrahlen, löst sich die Kappe. Der Schlüssel passt wieder und kann das Proteasom blockieren.“

Das Prinzip gehört zu einem jungen Forschungsgebiet, der Photopharmakologie. Die Idee: Wirkstoffe sollen nicht ständig und überall aktiv sein, sondern möglichst genau dort und dann eingeschaltet werden, wo ihre Wirkung benötigt wird. Langfristig könnte das beispielsweise bei Krebstherapien helfen, gesundes Gewebe zu schonen. Noch ist das Zukunftsmusik: Die Erlanger Forschenden haben kein Medikament entwickelt, sondern das zugrunde liegende Prinzip an Zellen untersucht.

Wie zuverlässig sitzt die molekulare „Kappe“?

Dabei konnten sie zeigen, dass ihre „Kappe“ ungewöhnlich zuverlässig sitzt. Ohne Licht bleibt der Hemmstoff auch über längere Zeit inaktiv. Nach der Bestrahlung mit Licht dagegen wird er freigesetzt , das Proteasom blockiert und der Abbau bestimmter Proteine verhindert. Schließlich sterben die behandelten Zellen.

Doch der Lichtschalter ist nur ein Werkzeug des molekularen Schweizer Taschenmessers. Dube und Zanin haben zusätzlich eine Andockstelle eingebaut. Dort lassen sich weitere molekulare Bausteine befestigen. In der Studie verwendeten sie einen fluoreszierenden Farbstoff. Unter dem Mikroskop konnten sie dadurch verfolgen, wo sich ihr Hemmstoff in der lebenden Zelle befindet.

Licht als Fernsteuerung für einen Zellprozess

Für Prof. Dr. Esther Zanin, Inhaberin der Professur für Experimentelle Molekulare Zelldynamik am Department Biologie der FAU ist genau das entscheidend: „Wir können nicht nur bestimmen, wann unser Hemmstoff aktiv wird. Wir können gleichzeitig beobachten, wo er sich in der Zelle befindet und was nach der Aktivierung passiert. Damit bekommen wir ein Präzisionswerkzeug, mit dem sich biologische Prozesse zeitlich und räumlich sehr gezielt untersuchen lassen.“

Das ist beispielsweise für die Erforschung der Zellteilung interessant. Sie besteht aus vielen genau aufeinander abgestimmten Schritten, bei denen Proteine aufgebaut und wieder abgebaut werden. Mit einem lichtsteuerbaren Hemmstoff lässt sich dieser Ablauf gezielt an bestimmten Stellen unterbrechen. Licht wird damit gewissermaßen zur Fernsteuerung für einen biologischen Prozess.

Was lässt sich noch an das molekulare Taschenmesser anbauen?

Der fluoreszierende Farbstoff ist dabei nur ein erstes Beispiel. An die zusätzliche Andockstelle könnten künftig auch andere Bausteine gekoppelt werden – etwa Moleküle, die den Hemmstoff gezielt in bestimmte Bereiche einer Zelle lotsen, oder möglicherweise ein zweiter Wirkstoff. „Wenn wir an unseren Schlüssel etwas anbauen, dürfen wir ihn natürlich nicht so verändern, dass er am Ende nicht mehr ins Schloss passt“, sagt Dube. „Genau darin liegt die Herausforderung – aber auch das große Potenzial dieses Baukastens.“

Forschungswerkzeug heute, Medikament von morgen

Von einem Einsatz bei Patienten ist die Forschung noch weit entfernt. Doch gerade als Werkzeug für die Grundlagenforschung eröffnet das Molekül bereits zahlreiche Möglichkeiten. Und langfristig weist die Arbeit auf eine größere Idee: Wirkstoffe könnten eines Tages nicht nur ein Ziel im Körper erkennen, sondern zusätzlich von außen steuerbar sein, Informationen über ihren Aufenthaltsort liefern und weitere Aufgaben übernehmen.

Was entsteht, wenn Chemie und Biologie zusammenkommen?

Möglich wird das durch die Verbindung zweier Forschungswelten. „Wir kommen von sehr unterschiedlichen Seiten“, sagt Zanin. „Auf der einen Seite steht die Chemie, die solche Moleküle überhaupt erst bauen und kontrollieren kann. Auf der anderen Seite steht die Biologie, die verschiedenen Funktionen des Schweizer Taschenmessers in lebenden Zellen untersuchen kann. Erst wenn beides zusammenkommt, entstehen solche neuen Möglichkeiten .“

Manuel Valentin, David Féval, Sophia Borchert, et al.; “A Multifunctional and Secure Photoresponsive Proteasome Inhibitor to Control Cell Fate”; Journal of the American Chemical Society, Volume 148, 2026-8-2

Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft

Wenn Rost vom Baum fällt: Geladene Tropfen können Korrosion von Oberflächen bewirken

Ergebnisse könnten Weg für neue, effizientere Beschichtungen ebnen

Kokosnuss-Kraftstoffgemisch vs. Düsentreibstoff: Motoren können keinen Unterschied feststellen, die Umwelt schon

Wenn Materialfehler zu Energietransportern werden

Kieler Forschende entdecken neuen Mechanismus für den Energietransport in atomar dünnen Materialien

Demonstrationsanlage für nachhaltigen Flugtreibstoff am PSI eingeweiht

Schweizer Start-up Metafuels plant, ab 2030 die erste kommerzielle Anlage zur Herstellung von SAF mit der «aerobrew»-Technologie zu betreiben

Forscher knacken Code: Molekularer Trick öffnet Tür zu neuer Glasgeneration

MOF-Gläser mit neuen Eigenschaften: Organisches Molekül verändert Bindungsstruktur beim Schmelzen

Rohstoff aus der Luft: Grünes Methanol trotz Wasserknappheit

Produktionskosten hängen von Sonne und Wind ab

KI-Modell Skala auf quelloffener Simulationsplattform CP2K verfügbar

CASUS und Microsoft Research forschen gemeinsam

KAIST findet einen Weg zu schneller ladbaren und langlebigeren Batterien für E-Autos

Forschungsteam nutzt digitalen 3D-Zwilling, um lokale Verschleißmechanismen beim Schnellladen aufzudecken

Durchbruch für eine zukunftsfähige Zementproduktion

Technologie soll bis zu 90 Prozent der CO₂-Emissionen aus dem Abgas filtern

Pilotprogramm für gründungsinteressierte Studierende, Forschende sowie Teams von wissenschaftsbasierten Start-ups

DAAD fördert Gründungstalente mit Kurzaufenthalten in globalen Innovations-Hotspots

Aus CO₂ werden Kraftstoffe: Chemiker lösen zentrales Skalierungsproblem

LIKAT-Technikum produziert erstmals Katalysator im Kilogramm-Maßstab für Pilotanlage

Neuer Kunststoff verwandelt sich beim Erhitzen in Gas - und nimmt beim Abkühlen wieder seine ursprüngliche Form an

Neuartiges Polymer könnte das Auftragen, Entfernen und Recyceln vereinfachen, da mehrere übliche Verarbeitungsschritte überflüssig werden

Lichtbasierter 3D-Druck: Neuartige „Tinte“ ermöglicht geschlossenen Materialkreislauf

Heidelberger Forschungsteam entwickelt polymerbasiertes Material, das sich in seine Einzelteile zerlegen und wiederverwenden lässt

Neuer Baustein verbindet Proteine mit anderen Molekülen

Künstlicher Baustein verbindet Proteine und synthetische Moleküle zu komplexen Nanostrukturen

Sauerstofffehlstellen machen schlechten Ionenleiter zum guten Batteriematerial

Schnelle Ionenleitung durch die Kombination von Leitfähigkeitsspektroskopie und NMR experimentell nachgewiesen

Volle Kraft voraus bei der Entwicklung nachhaltiger Zink-Jod-Batterien

Biologisch abbaubare Oligosaccharide lösen zentrales Problem

Von Resten und Altteilen zum Hochleistungsmaterial

Fraunhofer IWU erschließt neue Kreislaufpfade für Aluminiumschaum

NMR deckt verborgene Elektrolytzustände für bessere Batterien auf

Batterieelektrolyte sind keine festgelegten Zusammensetzungen, sondern sich ständig verändernde flüssige Zustände

Antriebsbatterien neu gedacht: sicher, reparierbar, nachhaltig

Elektrochemische Impedanzspektroskopie soll künftig Mikro-Kurzschlüsse erkennen, bevor sie zu Batteriebränden führen

Natürliches Bioplastik ist Nahrung für Tiere

Neue Studie liefert überraschende Erkenntnisse darüber, wie PHA-Kunststoffe in der Natur abgebaut werden

Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang

Mit dem Absenden des Formulars willigen Sie ein, dass Ihnen die LUMITOS AG den oder die oben ausgewählten Newsletter per E-Mail zusendet. Ihre Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Die Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch die LUMITOS AG erfolgt auf Basis unserer Datenschutzerklärung . LUMITOS darf Sie zum Zwecke der Werbung oder der Markt- und Meinungsforschung per E-Mail kontaktieren. Ihre Einwilligung können Sie jederzeit ohne Angabe von Gründen gegenüber der LUMITOS AG, Ernst-Augustin-Str. 2, 12489 Berlin oder per E-Mail unter widerruf@lumitos.com mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Zudem ist in jeder E-Mail ein Link zur Abbestellung des entsprechenden Newsletters enthalten.

Energiewende: Erst elektrifizieren – und für den Rest Methanol statt Wasserstoff

KI-Kühlung verbraucht Milliarden Liter Wasser – Heidelberger Start-up bietet Ausweg

blue activity setzt auf biologisch abbaubare Kühlwasserchemie

Wie magnetische Nanopartikel Ewigkeitschemikalien aus Wasser entfernen

Strukturkrise der Chemieindustrie verschärft sich – die Zeit zum Handeln wird knapp

Wer jetzt handelt, verbessert seine Chancen, 2040 noch wettbewerbsfähig zu sein

LANXESS befeuert erstmals Großanlage mit Wasserstoff

Vorteil Verbundstandort: Wasserstoff entsteht bei Covestro als Nebenprodukt in der Chlorelektrolyse

Wissenschaftler verwandeln einen der weltweit am meisten verhassten Kunststoffe in ein Premium-Schmiermittel

Sie entdecken etwas, das weitaus vielversprechender ist als eine Recyclingmethode

Neue EU-Verpackungsverordnung in Kraft: PFAS in Lebensmittelverpackungen verboten

„Forever Chemicals“ in Verpackungen wie Pizzakartons und Mikrowellen-Popcorn-Beuteln nun EU-weit verboten

Weitere News von unseren anderen Portalen

Jenseits von