Forschung in der dritten Dimension

Grundlegende Einsichten in das wichtigste körpereigene Regulationssystem von Proteinen gewähren die Wissenschaftler der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Hermann Schindelin vom Rudolf-Virchow-Zentrum / DFG-Forschungszentrum für Experimentelle Biomedizin in Würzburg jetzt mit der ersten dreidimensionalen Struktur des Aktivierungsschritts des Ubiquitin-abhängigen Signalwegs.

Mit den neuen Erkenntnissen liefern die Wissenschaftler ein besseres Verständnis der Proteinregulation und einer Vielzahl von Erkrankungen. Ihre Forschungsarbeit veröffentlichen sie am 25. Juli 2008 in der nächsten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Cell“.

Das Ubiquitin-abhängige Regulationssystem steuert die Funktion von Proteinen und sorgt dafür, dass überflüssige oder fehlerhafte Proteine im Schredder der Zelle, dem Proteasom, abgebaut werden. Dabei übertragen Enzyme in mehreren Schritten das kleine Protein Ubiquitin auf andere Proteine und markieren sie so wie mit einem Etikett. Im ersten Schritt bildet sich dafür ein Komplex aus Ubiquitin und dem ersten Enzym. Fehler im Signalweg unterbinden diesen Vorgang und führen zu Krankheiten wie Entwicklungsstörungen, Autoimmunerkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen oder Krebs.

Forscher um Hermann Schindelin konnten jetzt die genaue dreidimensionale Struktur des initialen Schrittes definieren. Das ist besonders wichtig, um mit Medikamenten gegen die Erkrankungen anzugehen. Ist die Struktur bekannt, so beginnt die Suche nach dem Wirkstoff am Computer mit der genauen Analyse. „Für das grundlegende Verständnis, wie Proteine geregelt werden, ist dies ein großer Schritt“, so Hermann Schindelin, „dazu, und für die Erforschung von Krankheiten möchten wir weitere Schritte des komplexen Signalwegs in ihrer dreidimensionalen Molekülstruktur aufklären.“

Die neuen Daten liefern Forschern einen neuen Ansatzpunkt für die Bekämpfung des Plasmozytoms – Einer bösartigen Krebsart, bei der sich Immunzellen im Knochenmark ungehindert vermehren und Schmerzen, spontane Knochenbrüche oder Blutarmut verursachen. Bisher können Plasmozytome mit Medikamenten behandelt werden, die den letzten Schritt des Signalwegs, das Proteasom, hemmen. Jetzt können Forscher ganz vorne im Signalweg bei der Suche nach Medikamenten gegen Plasmozytome ansetzen – Wie Designer können sie neue Medikamente entwerfen, die genau zu der Proteinstruktur des ersten Schrittes passen. Im Labor testen sie die potentiellen Wirkstoffe dann auf ihre Wirksamkeit.