Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kein Stau am Golgi-Apparat

15.02.2005


Lokalisation von drei verschiedenen Fluoreszenz-markierten Formen des Ras-Proteins. K-Ras ist nur an der Zellmembran und N-Ras hauptsächlich am Golgi-Apparat zu finden, während H-Ras etwa gleichmäßig zwischen Zellmembran und Golgi-Apparat verteilt ist. Bild: Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie


Zerstörung des Ras-Proteins durch einen Laserstrahl. Im Experiment wird H-Ras im Golgi-Apparat durch einen Laserstrahl ausgelöscht (vorher/nachher). Im Verlauf der nächsten 20 Minuten wird es wieder am Golgi sichtbar. Bild: Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie


Biochemiker des Max-Planck-Instituts für molekulare Physiologie in Dortmund zeichnen erstmals die Wanderwege von Ras-Proteinen in lebenden Zellen nach


Ras-Proteine, molekulare Schalter, die bei der Zellteilung und Tumorentstehung beim Menschen eine wichtige Rolle spielen, werden in menschlichen Zellen durch schnelle Transportprozesse zwischen dem Golgi-Apparat und der Zellmembran hin und her befördert. Verantwortlich hierfür ist die reversible Modifizierung dieser Proteine durch lipophile (fettliebende) Gruppen. Das haben jetzt Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für molekulare Physiologie in Dortmund unter der Leitung von Prof. Alfred Wittinghofer in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe um Dr. Philippe Bastiaens vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg nachgewiesen. Bisher ging man davon aus, dass Ras-Proteine nur in einer Richtung vom Golgi-Apparat zur äußeren Zellmembran transportiert werden und dort verbleiben. Für ihre Entdeckung haben die Zellbiologen ein neues Prinzip zur Lokalisierung von Proteinen in verschiedenen Membranen der Zelle entwickelt. Die Forscher brachten in einem interdisziplinären Ansatz chemisch-biochemisch-biophysikalische-zellbiologische Methoden und Erfahrungen zusammen, um der lang diskutierten Frage der Lokalisation von Ras-Proteinen in Zellen auf die Spur zu kommen (Science Express, 10. Februar 2005).

Zunächst ging es darum, zu klären, wie das Protein Ras gleichzeitig in zwei verschiedenen Substrukturen der Zelle, dem Golgi-Apparat und der äußeren Hülle der Zelle, der Plasmamembran, lokalisiert sein kann. Dazu wollten die Biologen wissen, warum verschiedene Formen des Ras-Proteins in unterschiedlichen Mengen in den jeweiligen Membransystemen vorkommen. Im nicht aktivierten Zustand liegen Ras-Proteine in der "Aus"-Form vor und gehen durch ein von außerhalb der Zelle kommendes Wachstumssignal in den "An"-Zustand über. Es gibt drei verschiedenen Formen von Ras-Proteinen, die man nach ihrem Vorkommen in bestimmten tierischen oder menschlichen Tumoren H-, N- oder K-Ras bezeichnet. Ras-Proteine sind mit der Zellmembran verankert, weil sie nach der Synthese im Zytoplasma der Zelle über mehrere Zwischenstufen mit ein, zwei oder drei lipophilen (fettliebenden) Gruppen verknüpft werden und sie dadurch eine hohe Affinität für die ebenfalls lipophilen Membranen erhalten.


Gängige Lehrmeinung war, dass Ras-Proteine nach der Synthese und nach Anknüpfung der lipophilen Gruppe im Golgi-Apparat zu finden sind, weil dieses Organell beim Transport der Ras-Proteine vom endoplasmatischen Retikulum zur Zellmembran als Zwischenstation fungiert. Danach sind die im Golgi-Apparat befindlichen Ras-Proteine dort sozusagen wegen eines Verkehrsstaus lokalisiert.

Die Mitarbeiter von Bastiaens und Wittinghofer haben nun mit Hilfe von ausgefeilten mikroskopischen Techniken und unter Verwendung von fluoreszent markierten Ras-Proteinen ihre Wanderwege in lebenden Zellen untersucht. Das Team konnte zeigen, dass das bisherige Modell so nicht richtig sein kann. Dazu verhinderten die Forscher die Neusynthese des Proteins und zerstörten gleichzeitig das im Golgi-Apparat befindliche Ras-Protein durch gezielte Verwendung eines Laserstrahls. Obwohl kein neu hergestelltes Ras-Protein mehr nachgeliefert wurde, kam es erstaunlicherweise nach kurzer Zeit zu einer Wieder-Anreicherung des Proteins am Golgi. Mit Hilfe molekularer Sonden entdeckten die Biologen, dass es einen kontinuierlichen Vor- und Zurück-Transport zwischen Golgi-Apparat und Zellmembran gibt, also genau das Gegenteil von einem Verkehrsstau.

Die Biochemiker vermuteten nun, dass diese schnellen Transportprozesse zwischen den Membransystemen dadurch zustande kommen, dass die Ras-Proteine am Golgi-Apparat mit einer lipophilen Gruppe versehen und nach erfolgter Modifizierung an die Plasma-Membran transportiert werden. Nach einer bestimmten Zeit wird diese lipophile Gruppe wieder abgespalten. Dadurch können die Proteine zurückgebracht und am Golgi-Apparat neu mit der lipophilen Gruppe verknüpft werden. Je nachdem, wie lange die Anheftung oder die Abspaltung dauern, hält sich das Protein mehr oder weniger lange in dem einen oder anderen Teil der Zelle auf.

Der endgültige Beweis für diese zunächst gewagte Hypothese konnte dann durch Zusammenarbeit mit Prof. Herbert Waldmann und Dr. Jürgen Kuhlmann vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie erbracht werden. Dabei wurde durch chemische Synthese eine lipophile Gruppe an das Protein gebracht, die zwar genauso aussah wie die natürliche, aber nicht mehr abgespalten werden konnte. Dieses Variante zeigte dann in der Zelle keinen geregelten Vor- und Rücktransport mehr zwischen den Membranen.

Was bedeuten diese Befunde nun für die Funktion und Lokalisation von Membranproteinen? Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass ihr neu entdecktes Prinzip der Modifizierung durch lipophile Gruppen für alle Proteine gilt, die eine abspaltbare lipophile Gruppe tragen. Dies erlaubt der Zelle über die Ausstattung mit lipophilen Ankern die Proteine an unterschiedliche Membransysteme zu adressieren. Je nach Geschwindigkeiten der Modifizierung erfolgt dann ein geregelter Austausch zwischen diesen Membransystemen.

Für die Signalweiterleitung mit Hilfe des Ras-Proteins bedeutet das zunächst, dass die verschiedenen Formen von Ras, die auch in verschiedener Weise an der Tumorentstehung beim Menschen beteiligt sind, sich über ihre spezifische Modifikation in ihren zugehörigen Membranstrukturen aufhalten. "Unsere Befunde erklären wahrscheinlich auch, warum in der Zelle zunächst das in der Zellmembran lokalisierte Ras-Protein durch das von außen kommende Wachstumssignal aktiviert wird und dann das aktivierte Ras-Protein in die Golgi-Membran transportiert werden kann", sagt Alfred Wittinghofer. "Die unterschiedliche Lokalisation bewirkt dann, dass dort Ras-Proteine andere biologische Wirkungen hervorrufen als Ras-Proteine in der äußeren Membran der Zelle."

Mit ihren Untersuchungen ist den Arbeitsgruppen damit ein wichtiger Schritt gelungen, das komplexe Muster der Signalweiterleitung von und die Unterschiede zwischen den Ras-Proteinen in lebenden Zellen zu erklären Die Studie wird auch dazu beitragen zu verstehen, warum unterschiedliche Ras-Proteine beim Menschen unterschiedliche Tumore hervorrufen.

Originalveröffentlichung:

O. Rocks, M. Kahms, C. Koerner, M. Lumbierres, J. Kuhlmann, H. Waldman and A. Wittinghofer
A De-/Reacylation Cycle Regulates Localisation and Activity of Palmitoylated Ras isoforms
Science Express, 10 February 2005

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Golgi-Apparat Membran Protein Ras-Protein Zelle Zellmembran

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen
12.12.2017 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Undercover im Kampf gegen Tuberkulose
12.12.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: 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,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

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

Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017 | Förderungen Preise

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik