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 Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung
22.03.2017 | Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

nachricht Mit voller Kraft auf Erregerjagd
22.03.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

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: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

Unter der Haut

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie