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 Bakterieller Kontrollmechanismus zur Anpassung an wechselnde Bedingungen
13.12.2017 | Technische Universität München

nachricht BRAIN AG und HS Mannheim entwickeln 3D-Hautmodelle zur Anwendung in Gesundheits- und Kosmetikbranche
13.12.2017 | Hochschule Mannheim - University of Applied Sciences

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: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Analyse komplexer Biosysteme mittels High-Performance-Computing

13.12.2017 | Informationstechnologie

BRAIN AG und HS Mannheim entwickeln 3D-Hautmodelle zur Anwendung in Gesundheits- und Kosmetikbranche

13.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zellulärer Selbstverdauungsprozess löst Autoimmunerkrankung aus

13.12.2017 | Biowissenschaften Chemie