Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Einblicke in das Netzwerk der Zelle

29.05.2008
Moderne Analysemethoden erlauben einen noch nie da gewesenen Einblick in das noch wenig erforschte genetische Netzwerk einer Zelle. Wissenschaftler am Biozentrum der Universität Basel haben ein bisher unbekanntes Element identifiziert, das den Austausch von so genannten Signalproteinen regelt. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift "Cell" veröffentlicht.

Zellen reagieren auf äussere Reize, indem sie Signale mittels Rezeptoren in ihr Inneres weiterleiten. Dies erlaubt der Zelle, angemessen auf Änderung in ihrer Umgebung zu reagieren. Oft sind bei solchen Signalübertragungen zwei Proteinkomponenten beteiligt. Diese so genannten Zweikomponentensysteme trifft man vor allem bei Bakterien, eukaryotischen Einzellern und Pflanzen an. Dort kontrollieren sie zahlreiche zelluläre Funktionen wie Zelldifferenzierung, Antwort auf Stress oder Virulenz.

Bis vor kurzem nahm man an, dass Zweikomponentensysteme sehr einfach aufgebaut sind und Information linear und nur in einer Richtung weitergeben. Die erste Komponente bildet dabei eine Kinase, die als Sensor fungiert, die zweite ein Responseregulator, der die weiteren Prozesse steuert. Die Sensorkinase reagiert auf einen äusseren Reiz, indem sie eine Phosphatgruppe auf einen bestimmten Bereich des Responseregulators, die so genannte Receiver-Domäne, überträgt. Der Responseregulator verändert daraufhin mithilfe einer zweiten, so genannten Output-Domäne, das zelluläre Programm.

Neuere Analysen von Genmustern haben ergeben, dass jede Zelle eine Vielzahl von Zweikomponentensystemen besitzt, die es ihr erlauben, auf Umweltreize zu reagieren. Zudem machten die Wissenschaftler eine zunächst verwirrende Beobachtung: Fast jeder fünfte der Responseregulatoren besteht lediglich aus einer Receiver-Domäne, während der Output-Bereich fehlt, jener Teil also, welcher der Zelle eine Reaktion entlockt. Eine Studie des Forscherteams um Prof. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel schlägt nun vor, dass diese Proteine eine Schlüsselrolle in der Signalverarbeitung der Zelle spielen, indem sie einzelne Regelkreise des regulatorischen Netzwerkes modulieren und diese miteinander verknüpfen.

... mehr zu:
»Protein »Responseregulator »Zelle

Experimente an Wasserbakterium

Die Experimente, die zu diesem Befund führten, wurden mit dem einzelligen Wasserbakterium Caulobacter crescentus durchgeführt. Im Gegensatz zu den meisten anderen Bakterien teilt sich Caulobacter asymmetrisch und generiert bei jeder Zellteilung zwei Tochterzellen mit unterschiedlichem Entwicklungsprogramm. Eines der Hauptinteressen der Gruppe um Urs Jenal ist es, zu verstehen, wie Caulobacter-Zellen ihre Identität schnell und effizient verändern und so zwischen zwei Zuständen oszillieren können.

Als eines der Schlüsselproteine im Entwicklungszyklus von Caulobacter konnte die Gruppe einen Responseregulator definieren, der nur aus einer Receiver-Domäne besteht. Studien zur molekularen Funktion dieses Proteins ergaben einen erstaunlichen Befund. Während das Protein, genau wie herkömmliche Responseregulatoren auch, von Kinasen aktiviert wird, wirkt es zusätzlich auf diese zurück. Dadurch bilden sich Rückkoppelungsschleifen, die für die Etablierung der Entwicklungsprogramme von Caulobacter sorgen.

Diese Resultate belegen, dass Information in diesen Regelkreisen in beide Richtungen fliessen kann. Somit können Signale effizient verstärkt und regulatorische Komponenten über lange Distanzen miteinander verknüpft werden. Aufgrund dieser Resultate postulieren Jenal und seine Gruppe, dass diese Proteine als eigentliche Knotenpunkte der regulatorischen Schaltkreise lebender Zellen wirken.

Die Entdeckung dieses neuartigen regulatorischen Elementes gibt Einblick in die Komplexität und Flexibilität zellulärer Netzwerke. Es ist das erklärte Ziel der Systembiologie, komplexe regulatorische und metabolische Interaktionen der Zelle quantitativ zu beschreiben, indem die exakte Verdrahtung der einzelnen Komponenten aufgezeigt wird. Die systematische Analyse dieser Netzwerke wird es möglich machen, zelluläres Verhalten zu berechnen und so, gemäss dem Ansatz der synthetischen Biologie, einfache lebende Systeme zu konstruieren, die spezifischen Anforderungen gerecht werden.

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Urs Jenal, Biozentrum der Universität Basel, Klingelbergstrasse 50/70, 4056 Basel, Tel. 061 267 21 35, E-Mail: Urs.Jenal@unibas.ch

Originalbeitrag

Ralf Paul, Tina Jaeger, Sören Abel, Irene Wiederkehr, Marc Folcher, Emanuele G. Biondi, Michael T. Laub, and Urs Jenal
Allosteric Regulation of Histidine Kinases by Their Cognate Response Regulator Determines Cell Fate

Cell, Vol 133, 452-461, 02 May 2008. doi: 10.1016/j.cell.2008.02.045

Reto Caluori | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://www.cell.com/content/article/abstract?uid=PIIS0092867408003954

Weitere Berichte zu: Protein Responseregulator Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik