Autoradiographie

Autoradiographie oder Radiographie (häufige Abkürzung AURA) bezeichnet die Sichtbarmachung einer chemischen Komponente durch radioaktive Nuklide,[1] ursprünglich durch Schwärzung eines fotografischen Filmes, inzwischen vermehrt mit Hilfe eines Strahlungsdetektors. Die dabei erhaltene Aufnahme wird Autoradiogramm genannt.

Autoradiogramm eines Schnitts durch das Gehirn eines Rattenembryos. Die Markierung erfolgte mit Oligonukleotid-Sequenzen, die mit ³⁵S-dATP (Desoxyadenosintriphosphat) konjugiert waren und an GAD67 (Glutamatdecarboxylase 67) binden. Die Bereiche mit hoher Radioaktivität (hohe Markerkonzentration) sind schwarz. Dies ist insbesondere in der subventrikulären Zone (SVZ) der Fall. Der schwarze Maßstabsbalken entspricht einer Länge von 2 mm.

Anwendungen

Die Autoradiographie war über drei Jahrzehnte hin ein integraler Bestandteil der DNA-Sequenzierung nach Frederick Sanger. Ein Protagonist war der Pathologe Elmar Stöcker. 48 seiner Publikationen stützen sich auf die Autoradiographie. Seit den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts werden allerdings vermehrt fluoreszierende anstelle von radioaktiv markierten DNA-Nukleotiden zur Sequenzanalyse benutzt. Autoradiographie findet weiterhin Verwendung bei der Produktion von rekombinanten Proteinen, Analyse von enzymatischen Reaktionen, oder Identifizierung von Enzym-Substraten.[2] Außerdem wird sie in der Pharmakokinetik angewendet,[3] um z. B. Liberation-Absorption-Distribution-Metabolism-Excretion-Studien (LADME) zu erstellen. Die Verbindung von Autoradiographie und Neutronenaktivierung wird als Neutronenautoradiografie eingesetzt, um lokale elementare Zusammensetzungen bei Gemälden zu untersuchen.

Durchführung

Für die Autoradiographie müssen in die zu analysierenden Moleküle radioaktive Nuklide eingeschleust werden. Aufgrund des häufigen Vorkommens der entsprechenden stabilen Isotope in Biomolekülen und ihrer relativ geringen Gefährlichkeit werden oft die Radionuklide ¹⁴C (Kohlenstoff), ³⁵S (Schwefel), ³²P (Phosphor) und ³H (Tritium) eingesetzt.

1. Beispiel – Markierung rekombinanter Proteine

Ein mit einem Expressionsplasmid transformierter Bakterienstamm wird mit einem Nährmedium versetzt, das die radioaktiv markierte Aminosäure ³⁵S-Methionin enthält. ³⁵S-Methionin wird in das rekombinante Protein, das auf dem Plasmid kodiert ist, eingebaut. Ein Bakterienextrakt wird per SDS-PAGE aufgetrennt, das Gel wird getrocknet, und ein Film wird aufgelegt. Nach „Belichtung“ des Films durch die vom Schwefel-35 ausgehenden Betastrahlen ist auf dem entwickelten Film die Position des rekombinanten Proteins sichtbar.

2. Beispiel – Analyse von Enzymaktivität

Eine ATPase – also ein Enzym, das ATP spaltet – wird mit radioaktiv markiertem ³²P-ATP inkubiert. Die Mischung wird nach unterschiedlichen Zeiten durch Dünnschichtchromatografie aufgetrennt, die Chromatographieplatte wird getrocknet und auf Film gelegt. Die Schwärzung des Films durch ³²P-Phosphat spiegelt die Aktivität des Enzyms wider.

Literatur

A. Scholl, E. Stöcker, H. Finger und D. Krammenschneider: Morphologische Verlaufsuntersuchungen an der Mäusemilz nach Cyclophosphamidapplikation. Morphometrische Methoden im Vergleich mit autoradiographischen Verfahren. Verh. Dtsch. Ges. Path. 61 (1977), S. 377.
P.-H. Bippus, E. Stöcker und H. Heyn: Zelluläre ³H-TdR-Aktivitätsmessung und Topik regenerierender Zellen in Niere und Leber nach sukzessiv erfolgter Uninephrektomie und Zweidrittelteilhepatektomie (Autoradiographie). Verh. Dtsch. Ges. Path. 61 (1977), S. 436.

Einzelnachweise

E. G. Solon, A. Schweitzer, M. Stoeckli, B. Prideaux: Autoradiography, MALDI-MS, and SIMS-MS imaging in pharmaceutical discovery and development. In: The AAPS Journal. Band 12, Nummer 1, März 2010, S. 11–26, ISSN 1550-7416. doi:10.1208/s12248-009-9158-4. PMID 19921438. PMC 2811645 (freier Volltext).
R. Westermeier, R. Marouga: Protein detection methods in proteomics research. In: Bioscience Reports. Band 25, Nummer 1–2, 2005 Feb-Apr, S. 19–32, ISSN 0144-8463. doi:10.1007/s10540-005-2845-1. PMID 16222417.
D. P. Holschneider, J. M. Maarek: Brain maps on the go: functional imaging during motor challenge in animals. In: Methods (San Diego, Calif.). Band 45, Nummer 4, August 2008, S. 255–261, ISSN 1095-9130. doi:10.1016/j.ymeth.2008.04.006. PMID 18554522. PMC 2561174 (freier Volltext).

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[1] E. G. Solon, A. Schweitzer, M. Stoeckli, B. Prideaux: Autoradiography, MALDI-MS, and SIMS-MS imaging in pharmaceutical discovery and development. In: The AAPS Journal. Band 12, Nummer 1, März 2010, S. 11–26, ISSN 1550-7416. doi:10.1208/s12248-009-9158-4. PMID 19921438. PMC 2811645 (freier Volltext).

[2] R. Westermeier, R. Marouga: Protein detection methods in proteomics research. In: Bioscience Reports. Band 25, Nummer 1–2, 2005 Feb-Apr, S. 19–32, ISSN 0144-8463. doi:10.1007/s10540-005-2845-1. PMID 16222417.

[3] D. P. Holschneider, J. M. Maarek: Brain maps on the go: functional imaging during motor challenge in animals. In: Methods (San Diego, Calif.). Band 45, Nummer 4, August 2008, S. 255–261, ISSN 1095-9130. doi:10.1016/j.ymeth.2008.04.006. PMID 18554522. PMC 2561174 (freier Volltext).