Grün fluoreszierendes Protein
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GFP ist die Abkürzung für green fluorescent protein bzw. Grün fluoreszierendes Protein [1]. Es wurde erstmals 1962 beschrieben. Es handelt sich um ein Protein, das von manchen Tieren produziert wird, die grün fluoreszieren können, wenn sie mit blauem Licht (UV-Licht) bestrahlt werden. Ein Beispiel für einen Träger des GFP-Proteins ist die Qualle Aequorea victoria. Das Protein besteht aus 238 Aminosäuren. Die Biolumineszenz kommt zustande durch Serin-, Tyrosin- und Glycin-Reste, deren Seitenketten miteinander reagieren und dabei den fluoreszierenden Farbstoff bilden. Diese intrinsische Fluoreszenz basiert nicht auf einem Umbau durch ein externes Enzym oder nachträglich integrierte Substanzen, kommt also vollständig ohne eventuell zellspezifische Prozessierungssysteme aus.
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Spektrum
Das unmodifizierte, natürlich vorkommende GFP hat zwei Anregungsmaxima. Das erste liegt bei einer Wellenlänge von 395 nm, das zweite bei 475 nm. Die Emissionswellenlänge liegt bei 509 nm.
Anwendung
GFP hat in der Biologie große Bedeutung erlangt, da es durch Rekombinationstechniken in an sich nicht leuchtende Zellen und Gewebe eingeführt werden kann, und diese damit sichtbar machen kann. Es ist außerdem möglich, GFP-Fusionsproteine herzustellen. Hierfür wird die DNA des zu untersuchenden Proteins mit der GFP-DNA in einen Leserahmen gebracht, die dann als ein großes Protein in den Zellen exprimiert werden können. In vielen Fällen wird das zu untersuchende Protein noch an die korrekte Stelle in der Zelle transportiert, und das GFP kann durch Fluoreszenzmikroskopie Aufschluss über die Lokalisation des Zielproteins in der Zelle geben.
Varianten
Mittlerweile gibt es diverse modifizierte Versionen des Original-GFPs, die andere Fluoreszenzspektren aufweisen. Entsprechend der Farbe heißen diese zum Beispiel CFP (cyan) oder YFP (yellow). Bei geschickter Anwendung sind einzelne Zellorganellen unterschiedlich einfärbbar und mittels Entmischung (spektrale Dekonvolution) dann getrennt beobachtbar.
Immer größere Bedeutung bekommen auch fluoreszente Proteine aus Korallen [2] (Anthozoa). Zu nennen sind hier die zoanFPs (aus Zoanthus sp.) oder auch das rot fluoreszierende Protein drFP5833 (aus Discosoma), Handelsname DsRed. Viele dieser Proteine wurden bereits mutiert und in ihren Eigenschaften verändert um andere Eigenschaften zu gewinnen. Viele fluoreszierende Proteine sind Tetramere. Dies wird genutzt, indem man sich unterschiedlich schnell entwickelnde Monomere einbaut, dabei verändert sich also die Farbe des Proteins mit der Zeit [3]. Solche Fluoreszenz-Timer sind extrem nützlich, um beispielsweise das Alter von Organellen feststellen zu können. Die DsRed-Mutante E5 hat beispielsweise diese Eigenschaft.
Literatur
[1] R.Y. Tsien: The green fluorescent protein Annu. Rev. Biochem., 67, 509-544, 1998.
[2] V.V. Verkusha, K.A. Lukyanov: The molecular properties and applications of Anthozoa fluorescent proteins and chromoproteins Nat. Biotech., 22(3), 289-296, 2004.
[3] A. Terskikh et al.: "Fluorescent Timer": Protein That Changes Color With Time Science, 290, 1585-1588, 2000.
