Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Architektur einer Lipidschleuse entschlüsselt

13.11.2014

Erstmals wird die komplexe Architektur eines Proteins beschrieben, das den Transport von Lipiden zwischen den beiden Schichten einer Zellmembran steuert. Aufgrund der Struktur des Lipid-Transporters erhalten nun Biochemiker der Universität Zürich Einblick in Prozesse, welche die Blutgerinnung auslösen.

Membranen sind dünne Wände, welche die Zellen umschliessen und das Zellinnere von der äusseren Umgebung abschirmen. Die Wände bestehen aus Phospholipid-Doppelschichten, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen:


Modell der TMEM16 Lipid-Skramblase: Links die Oberfläche des Proteins mit Blick auf die Furche, die den Lipidtransport erlaubt. Rechts ein Modell des Membranproteins mit den Kalziumionen (violett).

Janine Brunner

Während die gegen aussen gerichteten Kopfgruppen der Lipide geladen sind, ist das Innere der Membran wasserunlöslich, was verhindert, dass geladene Moleküle die Membran passieren können. Für den kontrollierten Fluss von Ionen durch die Membran, der für die Nervenreizleitung grundlegend ist, sorgen Ionenkanäle. Das sind spezialisierte Proteine, die sich in der Membran befinden und als Schleusen agieren.

Im Gegensatz zu Ionenkanälen schleusen Lipid-Skramblasen die geladenen Kopfgruppen der Phospholipide durch die Membran; Der Tansport des Lipids Phosphatidylserin an die Zelloberfläche spielt zum Beispiel bei der Blutgerinnung eine wichtige Rolle. Die Architektur dieser Lipid-Skramblasen war bisher unbekannt.

Nun ist es Forschern am Biochemischen Institut der Universität Zürich gelungen, erstmals die Struktur einer Lipid-Skramblase zu entschlüsseln. Ein Team der Arbeitsgruppe von Prof. Raimund Dutzler hat die Struktur einer Lipid-Skramblase der so genannten TMEM16-Familie mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt. Die Struktur gibt Einblick in die Aktivierung des Proteins durch Kalzium und in den Lipidtransport. Die Arbeit wurde jetzt im Wissenschaftsjournal «Nature» veröffentlicht.

Die Architektur einer neuen Membranproteinfamilie

Die Besonderheit der Membranproteine der TMEM16-Familie ist es, dass sie neben Ionenkanälen, die für die Regulation der Kontraktion der glatten Muskulatur, die Geruchswahrnehmung sowie die Chloridsekretion im Lungengewebe essentiell sind, auch Proteine enthalten, die als Lipid-Skramblasen funktionieren.

Diese in Blutplättchen vorkommenden Lipid-Skramblasen lösen nach einer Aktivierung durch Kalzium die Blutgerinnung aus, indem sie den Transport des Lipids Phosphatidylserin an die Oberfläche der Zelle ermöglichen. Um diesen Transportprozess zu verstehen, haben die Forschenden Struktur und Funktion einer Lipid-Skramblase aus einem Pilz studiert. Sie haben eine bisher unbekannte Proteinarchitektur entdeckt, die der ganzen Familie zugrunde liegt und einen ersten Einblick in den Lipidtransport ermöglicht.

«Die Struktur des Proteins zeigt eine Furche mit geladener Oberfläche, welche die Membran in Form einer Wendeltreppe durchspannt. Dies erlaubt es den polaren Kopfgruppen von Lipiden von der einen Seite der Membran zur anderen zu wandern», erklärt Erstautorin Janine Brunner.

In der Nähe dieser Furche befinden sich gebundene Kalzium-Ionen, umgeben von konservierten negativ geladenen Seitenketten. Mutationen in der Bindungsstelle beeinträchtigen den Lipid-Transport. Um zu zeigen, dass diese Kalzium-Bindungsstelle und damit der Aktivierungsmechanismus auch in den verwandten Chlorid-Kanälen der TMEM16-Famile vorhanden ist, wurde die Kalzium-Abhängigkeit der Kanalöffnung mit Hilfe elektrophysiologischer Methoden nachgewiesen.

Grundlagen für neue Therapien

Die Resultate legen die Basis für das Verständnis bisher unbekannter Mechanismen des Lipidtransports. «Wir erhalten nun Einblick in die Architektur und Funktion einer Familie von Proteinen, deren Fehlfunktion die Ursache für verschiedene Erbkrankheiten ist», sagt die Biochemikerin der UZH. Eine geeignete Beeinflussung dieser Proteine durch spezifische Medikamente könne neue Therapieformen ermöglichen ­– beispielsweise gegen das Scott-Syndrom, dem eine Blutgerinnungsstörung zugrunde liegt, oder gegen eine Muskelkrankheit, die mit der Fehlfunktion dieser Proteine assoziiert werde.

Das Projekt wurde mit Mitteln des «European Research Councils» und des Nationalen Forschungsschwerpunktes «TransCure» des Schweizerischen Nationalfonds unterstützt.

Literatur:
Janine D. Brunner, Novandy. K. Lim, Stephan Schenck, Alessia Duerst and Raimund Dutzler. X-ray structure of a calcium-activated TMEM16 lipid scramblase. Nature. November 12, 2014. doi: 10.1038/nature13984


Kontakt:
Prof. Raimund Dutzler
Biochemisches Institut
Universität Zürich
Tel. +41 44 635 65 50
E-Mail: dutzler@bioc.uzh.ch

Bettina Jakob
Media Relations
Universität Zürich
Tel. +41 44 634 44 39
E-Mail: bettina.jakob@kommunikation.uzh.ch


Weitere Informationen:

http://www.mediadesk.uzh.ch

Bettina Jakob | Universität Zürich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie