Faltung von Proteinen – Anna Leder ist fasziniert von strukturbiologischen Fragestellungen

Auch Anna Leder bekommt den Preis für die beste Masterarbeit in Nanowissenschaften in diesem Jahr verliehen. Anna hat in ihrer Arbeit die Struktur eines Proteins aufgeklärt, das eine wesentliche Rolle bei einigen Krankheiten spielt.

Im Jahr 2021 geht einer der Preise für die besten zwei Masterarbeiten an Anna Leder für ihre Arbeit über die Charakterisierung eines Helferproteins mittels Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR). Anna hat diese Arbeit in der Forschungsgruppe von Professor Dr. Sebastian Hiller am Biozentrum der Universität Basel absolviert.

Damit Proteine ihre vielfältigen Aufgaben in einem Organismus erfüllen können, müssen sie in der richtigen dreidimensionalen Struktur vorliegen. Helferproteine, auch Chaperone genannt, unterstützen Prozesse, die zur richtigen Faltung der Proteine führen. Dabei werden die Chaperone selbst nicht Teil der Proteinkomplexe. Sie sorgen aber dafür, dass die richtige Tertiärstruktur der Proteine gebildet wird.

Helferproteine wie dieses unterstützen Prozesse, die zur richtigen Faltung von Proteinen führen. Anna Leder hat dieses Helferprotein untersucht und dessen Struktur aufgeklärt. Die Arbeit hat dazu beigetragen, die molekulare Basis einer Lebererkrankung, die auf einer Veränderung des Helferproteins zurückzuführen ist, aufzuklären. (Bild: A. Leder, Universität Basel)

Verständnis auf atomarer Ebene
Mithilfe der Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) untersucht die Gruppe von Sebastian Hiller diese Chaperone auf atomarer Ebene. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verstehen damit besser, wie die Chaperone funktionieren und wie sich Störungen ihrer Aktivität auswirken.

Für ihre prämierte Masterarbeit hat Anna ein bestimmtes Chaperon, das die Ausbildung von Disulfidbrückenbindungen unterstützt, mittels NMR-Spektroskopie, verschiedener biophysikalischer Methoden und Kristallographie charakterisiert. «Ich habe mir die Funktion und Struktur des Chaperons genau angeschaut und den funktionellen Zyklus aufgeklärt. Dieser ist recht komplex, da das Chaperon nicht nur selbst die Proteinfaltung unterstützt, sondern auch andere Chaperone reguliert», erklärt Anna.

Verschiedene Mutationen in diesem Chaperon stehen in direkter Verbindung mit ernsthaften Krankheiten. Um Medikamente oder Therapien zu entwickeln, ist es daher wichtig, das Protein auf struktureller und funktioneller Ebene zu verstehen. «So hat uns die umfassende Charakterisierung des Proteins erlaubt, in Zusammenarbeit mit unseren Partnern die molekulare Basis einer schwerwiegenden Lebererkrankung aufzuklären», beschreibt die junge Nanowissenschaftlerin.

 

«Die Qualität von Annas Arbeit, die sie inmitten der Schwierigkeiten des ersten Corona-Lockdowns vollbracht hat, hat mich hochgradig verblüfft. Durch die
geeignete Kombination von biophysikalischen Techniken und Experimenten konnte Anna in kürzester Zeit den gesamten funktionellen Zyklus des Proteins
aufklären. Ihre Ergebnisse sind herausragend und werden das gesamte Feld substantiell voranbringen.»

Prof. Dr. Sebastian Hiller, Biozentrum, Universität Basel

 

Flexibilität aufgrund der Pandemie
Wäre alles nach Plan gelaufen, wäre dieses Projekt die erste Projektarbeit für Anna gewesen, an die sich dann eine zweite Projektarbeit in Montreal im Bereich der Kristallographie hätte anschliessen sollen. Die Corona-Pandemie hat diese Pläne jedoch durcheinandergebracht.

Im Frühjahr 2020, als die Ergebnisse für eine Projektarbeit ausgereicht hätten, bestand noch die Hoffnung, dass später im Jahr ein Aufenthalt in Kanada möglich sein könnte. So bot es sich an, die Untersuchung des Helferproteins weiterzuführen, daraus eine Masterarbeit zu machen und die Projektarbeiten anzuschliessen. «Ich bin dabei von Dr. Guillaume Mas super betreut worden», berichtet Anna. «Ich war sehr froh, dass ich auch während des Lockdowns die Möglichkeit und Unterstützung hatte, immer an meinem Projekt arbeiten zu können.»

Leider stellte sich im Laufe des Jahres heraus, dass die Corona-Pandemie Auslandsaufenthalte über längere Zeit unmöglich machte, sodass Anna im Anschluss an ihre Masterarbeit im Hiller Lab auch dort noch eine Projektarbeit schrieb. Sie untersuchte dafür Möglichkeiten, wie über die Markierung einzelner Aminosäuren auch grössere Proteinkomplexe mittels NMR untersucht werden können.

Ihr Nanowissenschaftsstudium konnte Anna dann doch noch mit einer Arbeit im Ausland abschliessen. Denn die zweite Projektarbeit schrieb sie Anfang 2021 am Max Perutz Lab in Wien (Österreich). Mithilfe optischer Mikroskope untersuchte sie dort, wie die Information, dass sich zu viele ungefaltete Proteine in der Zelle befinden, an den Zellkern weitergegeben wird. Sie erhielt dafür Unterstützung durch einen Argovia Travel Grant.

Interesse an Strukturbiologie
Im Laufe des vielfältigen Studiums hat Anna gemerkt, dass sie besonders an strukturbiologischen Fragestellungen interessiert ist. Daher möchte sie auch auf diesem Gebiet ihre Doktorarbeit schreiben. Ob sie dafür an der Universität Basel bleibt oder an eine andere Universität wechselt, ist jedoch noch offen. Die nächsten sechs Monate wird sie in der Gruppe von Sebastian Hiller im Rahmen eines Praktikums ihre Arbeiten fortsetzen und danach entscheiden, wie es für sie weitergeht.

Vielfältig interessiert und begabt
Als Anna 2016 ihr Nanowissenschaftsstudium begonnen hat, war sie zunächst nicht ganz sicher, ob das der richtige Weg sei. An einem Bachelor-Infotag war sie aus ihrem Heimatort Pontresina nach Basel gekommen, um sich zu orientieren.

Naturwissenschaften, Sprachen und Musik interessierten sie damals besonders und sie war noch unentschlossen, in welche Richtung sie ihr Studium ausrichten wollte.

Offen für Neues liess sie sich daher auf Gespräche mit Studierenden der Nanowissenschaften ein und besuchte die Präsentation des Studiengangs. «Es hörte sich für mich nach einer guten Mischung an, sodass ich mich entschieden habe, das Nanostudium auszuprobieren», erinnert sie sich und bestätigt, dass sie diesen Entschluss nicht bereut hat.

Auch für Anna waren die Anforderungen in Physik nicht leicht und die Blockkurse das Highlight im Bachelorstudium. Dieser erste Einblick in die praktische Arbeit verschiedener Arbeitsgruppen in der Biologie, Chemie und Physik war motivierend und der familiäre Zusammenhalt unter den Studentinnen und Studenten kam ihr ebenfalls sehr entgegen.

«Da wir ein kleiner Studiengang sind, haben wir uns untereinander sehr schnell kennengelernt, Freundschaften geschlossen und uns immer gegenseitig unterstützt», sagt die 24-jährige Schweizerin, die jetzt nicht nur den Preis für die beste Masterarbeit gewonnen hat, sondern bereits mit einem Preis für die beste Matura an ihrer Schule ausgezeichnet wurde und der «Best Talk Award» bei der Konferenz des Nanostudiengang «Smalltalk» erhalten hat.

Weitere Information

Forschungsgruppe Sebastian Hiller

Kurzes Video über Anna Leder und Charlotte Kress