Gratulation an Osamu Shimomura, Martin Chalfie und Roger Y. Tsien. Der Nobelpreis für Chemie 2008 für GFP. Das grün fluoreszierende Protein (GFP) ist ursprünglich aus einer Quallenart isoliert worden. Es leuchtet bei Anregung mit UV Licht. GFP-Fusionen mit anderen Proteinen sind eine Schlüsseltechnik der modernen Zellbiologie. Warum und wie funktionert GFP?

GFP ist ein Protein. Und zwar ein sehr nützliches. Es erlaubt nämlich die direkte Beobachtung von anderen Proteinen in Zellen. Das funktioniert folgendermaßen:

Mit gentechnischen Methoden wird GFP an ein anderes zelluläres Protein gekoppelt. Wenn man jetzt beobachten möchte, was mit dem eigentlich interessanten Protein passiert, muss man die Zelle, oder den Wurm im Bild links, einfach mit UV-Licht bestrahlen, und kann so verfolgen, wo das Protein exprimiert wird, ob es die Position in der Zelle verändert und möglicherweise über einen gewissen Zeitraum abgebaut wird.

Die Anwendungen sind endlos. Man kann GFP zum Beispiel mit einem Virus koppeln, und so den Infektionsweg und die Verbreitung aufklären. Oder bestimmte lokalisierte Proteine an GFP koppeln, und so zelluläre Strukturen, wie den Zellkern, die Membranen oder einzelne Kompartimente unter dem Mikroskop sichtbar machen. GFP wird häufig als Marker für Expresssion von Genen verwendet. Oder man kann ganze Tiere, Fische, Mäuse, Schweine, Katzen, Fliegen, Frösche oder Kaninchen zum leuchten bringen (letzteres als Kunst von Eduardo Kac). GFP- Fische gibt es glaube ich sogar schon kommerziell zu kaufen, nur nicht in Deutschland, da ja gentechnisch verändert.

Struktur und Eigenschaften von GFP

Das eigentliche Protein besteht aus 238 Aminosäuren mit einer Molekülmasse von 26,9 kDa. Die Aminosäuren lagern sich fassartig zusammen. Man sagt, es faltet sich in ein sogenanntes beta-Barrel (siehe Abbildung rechts). Was eigentlich leuchtet bei GFP ist das Fluorophor im Zentrum des Fasses. Es bildet sich autokatalytisch, innerhalb von ein paar Minuten nachdem das Protein synthetisiert wurde.

Das klassische GFP emittiert bei 509 nm, und leuchtet daher grün. Roger Tsien, einer der Nobelpreisgewinner, hat GFP aber so verändert, dass es mittlerweile etliche Derivate gibt, die in allen Farben des Regenbogens leuchten (sieh Abbildung ganz oben). Um die Varianten herzustellen, wurden die Prinzipien der Evolution, also Mutation und Selektion im Labor angewendet. Letztendlich beruhen die unterschiedlichen Farben nur auf kleinen Veränderungen in der Aminosäuresequenz. Das Protein an sich, also das beta-Barrel, bleibt weitgehend unverändert.

Wofür gabs die Preise

Osamu Shimomura war der erste, der GFP isolieren konnte, Douglas Prasher hat das Gen kloniert und die Sequenz publiziert, ist aber bei der Preisverleihung leer ausgegangen. Martin Chalfie hat die DNA von Prasher wohl geschickt bekommen, und die ersten Anwendung entwickelt: Ein Marker der Genexpression. Selbst auf diesem Paper ist Prasher Autor. Tsien hat das Arsenal an fluoreszierenden Proteinen durch genetisches Engineering ausgebaut, wie oben beschrieben. Hier das Paper.

Letzte Woche habe ich ja auf meinem Blog einen kleinen Wettbewerb ausgerufen. Wer einen Nobelpreisgewinner richtig rät, erhält ein WeiterGen T-Shirt. Argent23 vom Holliday Junction Blog hat gewonnen. Herzlichen Glückwunsch zum neuen Kleidungsstück!

Mehr zum Chemienobelpreis hier bei Neurons
Bildquellen. Tsien Lab und Flickr