Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atomare Struktur eines essenziellen Proteinkomplexes der inneren Uhr entschlüsselt

23.05.2014

Grundlage für mögliche Therapien von Störungen der inneren Uhr und damit zusammenhängenden Stoffwechselproblemen

Ein wichtiger Schritt zu einem besseren Verständnis der inneren Uhr ist Wissenschaftlern aus dem Bereich der Strukturbiologie gelungen. Die innere Uhr steuert den Schlaf-wach-Rhythmus und viele weitere Abläufe im Körper, die den Stoffwechsel, den Blutdruck oder das Immunsystem regulieren.


Dreidimensionale Struktur des Cryptochrom-Period-Uhrenproteinkomplexes der Maus. Der Komplex wird durch ein von beiden Proteinen koordiniertes Zink-Atom stabilisiert.

Abb.: Eva Wolf, JGU

Die Wissenschaftler um Univ.-Prof. Dr. Eva Wolf, neuberufene Professorin für Strukturbiologie am Institut für Allgemeine Botanik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und Mitarbeiterin am Institut für Molekulare Biologie (IMB), haben erstmals die molekulare Struktur eines Proteinkomplexes bestimmt, der bei der Regulation des sogenannten zirkadianen Rhythmus eine wichtige Rolle spielt.

Damit einher ging die überraschende Entdeckung, dass dieser Proteinkomplex ein Zink-Ion enthält, das offenbar den Komplex stabilisiert. Die Ergebnisse könnten eine Grundlage für neue Strategien bilden, um Erkrankungen, die auf Störungen der inneren Uhr zurückgehen, zu behandeln.

„Die innere Uhr steuert viele wichtige Körperfunktionen“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Eva Wolf. Wenn der natürliche Rhythmus gestört wird, wie beispielsweise bei Schichtarbeit, ist die Wahrscheinlichkeit, am metabolischen Syndrom, Diabetes oder Krebs zu erkranken, deutlich erhöht.

Bei den Grundlagenforschungen an der JGU geht es den Wissenschaftlern darum, einen mechanistischen Einblick in die innere Uhr zu erhalten und ihre Funktion zu verstehen. Ein zentrales Uhrenprotein, das in diesem Zusammenhang untersucht wird, ist bei Säugetieren das Cryptochrom.

Es greift außer in den zirkadianen Rhythmus auch in die Glukosehomöostase ein und reguliert den Blutzuckerspiegel. Zusammen mit dem Uhrenprotein Period bildet es einen Komplex, dessen Struktur von Wolfs Arbeitsgruppe kürzlich gelöst wurde. Bislang war diese Kristallstruktur unbekannt.

Mithilfe der Röntgenstrukturanalyse konnte gezeigt werden, wie die beiden Proteine Cryptochrom und Period interagieren und dass diese Interaktion von einem Zink-Ion vermittelt wird. „Das Metall-Ion stabilisiert den Komplex und scheint darüber hinaus eine benachbarte Disulfid-Brücke zu beeinflussen“, erläutert Wolf. Unter den reduzierenden Bedingungen, die im Zytoplasma und im Kern der Zelle herrschen, wäre eigentlich gar keine Disulfid-Brücke zu erwarten gewesen. Ihr Vorhandensein wird vermutlich durch das Zink-Ion reguliert und die Disulfid-Brücke selbst ist vielleicht ein Sensor, der den metabolischen Zustand der Zelle anzeigt.

“Wir vermuten, dass die innere Uhr über die Ausbildung des Cryptochrom-Period-Proteinkomplexes mit dem Metabolismus wechselwirkt und dass das Zink-Ion und die Disulfid-Brücke bei der Regulation der Stabilität dieses Komplexes eine wichtige Rolle spielen“, fasst Wolf zusammen. Die Mainzer Biologin hofft, dass weitere Erkenntnisse über die grundlegenden Funktionen des Cryptochrom-Period-Komplexes sowie die zum Ziel erklärte Aufklärung der Interaktionsmuster weiterer Uhrenproteine für künftige medizinische Interventionen richtungsweisend sein werden.

Veröffentlichung:
Ira Schmalen et al.
Interaction of Circadian Clock Proteins CRY1 and PER2 Is Modulated by Zinc Binding and Disulfide Bond Formation
Cell 157:5, p1203-1215, 22 May 2014
DOI: 10.1016/j.cell.2014.03.057

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Eva Wolf
Institut für Allgemeine Botanik/Institut für Molekulare Biologie (IMB)
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-21701
Fax +49 6131 39-27850
E-Mail: evawolf1@uni-mainz.de
http://iabserv.biologie.uni-mainz.de/

Weitere Informationen:

http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(14)00535-2 - Abstract ;
https://www.imb-mainz.de/students/international-phd-programme/ipp-groups/eva-wol... - IPP-Programm "Circadian clocks as gene regulatory systems"

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics