Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Gangschaltung von molekularen Motoren: RUB-Forscher klären den Mechanismus des Rezeptor-Recyclings

02.05.2007
Feinregulation des Transports von peroxisomalen Rezeptoren

Peroxisomen sind Multifunktionswerkzeuge der Zellen: 50 Enzyme sind in ihnen aktiv, ihre Aufgaben entsprechend vielfältig und wichtig. Peroxisomale Erkrankungen, bei denen die Multifunktionswerkzeuge der Zellen nicht normal arbeiten, verlaufen meist tödlich. Die Arbeitsweise der Peroxisomen folgt nicht den bekannten Regeln anderer Organellen.

Ein Schlaglicht darauf erlauben die neuesten Erkenntnisse der Forschergruppe von Prof. Dr. Ralf Erdmann (Abteilung Systembiochemie, Medizinische Fakultät der Ruhr-Universität), bestehend aus Biologen, Biochemikern und Medizinern. Die Forscher konnten einen Reaktionsschritt nachweisen, der sich als zentrales Ereignis für den Ablauf des Proteintransports herausstellte: die Modifikation des Importrezeptors Pex5p mit verschiedenen Formen des Signalmoleküls Ubiquitin. Die Ergebnisse sind in der aktuellen online-Ausgabe des renommierten Journal of Cell Biology veröffentlicht. Die aus den gewonnenen Daten folgenden Konsequenzen für die Modellvorstellung über den Ablauf der peroxisomalen Biogenese wurde zeitgleich in einem Übersichtsartikel in der Zeitschrift FEBS Letters online veröffentlicht.

Peroxisomen: "Multi-Funktionswerkzeuge" der Zelle

... mehr zu:
»Enzym »Membran »Peroxisom »Pex5p »Rezeptor »Ubiquitin

Nachdem die klassischen Komponenten kernhaltiger Zellen, wie Zellkern, Mitochondrien oder die Chloroplasten der Pflanzen, schon längere Zeit bekannt waren, wurden die Peroxisomen als letzte der zentralen Zellorganellen erst relativ spät entdeckt. Wie die anderen Organellen sind Peroxisomen definierte, membran-umschlossene Reaktionsräume innerhalb der Zelle; sie zeichnen sich jedoch durch eine ungewöhnlich hohe Dynamik in Anzahl, Struktur und Funktion aus, die spezifisch für den jeweiligen Organismus oder das entsprechende Gewebe sein kann. So wurden in ihnen nicht weniger als 50 Enzymaktivitäten nachgewiesen, die je nach Bedarf der Zelle an- oder abgeschaltet werden können. Eine zentrale Funktion ist der Abbau von Fettsäuren und die damit verbundene Entgiftung des schädlichen Wasserstoffperoxids. Durch diese Aufgabe kommt den Peroxisomen auch eine Rolle beim molekularen Prozess des Alterns zu. Weitere prominente Funktionen in anderen Organismen stellen z. B. die Beteiligung an der Lichtatmung bei Pflanzen oder der Penicillin-Biosynthese in einigen Pilzen dar. Bei Menschen sorgen Peroxisomen zudem für die Bildung von Plasmalogenen, welche bis zu 80 Prozent der sog. Weißen Substanz im Gehirn ausmachen.

Motorproteine der peroxisomalen Importmaschinerie

Diese funktionelle Vielfalt der Peroxisomen ist durch den Transport ihrer Enzyme aus dem Cytosol (Zellflüssigkeit) durch die peroxisomale Membran ins Innere der Organellen bedingt, welcher durch eine dynamisch arbeitende Importmaschinerie ermöglicht wird. Die zu importierenden Enzyme werden von spezifischen Import-Rezeptoren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip erkannt. Der wichtigste Rezeptor ist dabei Pex5p. Der Rezeptor dockt an das zu importierende Enzym an, und der ganze Komplex wird dann an die peroxisomale Membran dirigiert. Die "Ladung" des Rezeptors wird dann auf bislang unbekannte Weise in gefalteter Form durch die Membran ins Innere des Peroxisoms transportiert. Nach der Freisetzung des Enzyms wird der Rezeptor unter Aufwendung von Energie in Form von ATP vom peroxisomalen AAA-Komplex aus der Membran gelöst und in das Cytosol entlassen. "Die Peroxine dieses AAA-Komplexes fungieren somit als ein Energie-verbrauchender Motor der peroxisomalen Maschinerie, die über eine ATP-abhängige Veränderung ihrer Struktur das Pex5p aus der Membran herausziehen", erklärt Prof. Erdmann.

Die "molekulare Gangschaltung" der Recycling-Maschinerie: Ubiquitin

Vollkommen unklar war bisher, wie die AAA-Peroxine zwischen dem gerade angebundenen, noch beladenen Pex5p und der zu exportierenden Pex5p-Form unterscheiden können. Mit Hilfe von molekularbiologischen und zellbiochemischen Methoden konnten die RUB-Forscher nun nachweisen, dass die Pex5p-Form, welche zum Recycling bestimmt ist, durch das Signalmolekül Ubiquitin modifiziert wird. Ubiquitin ist ein kleines Protein, das kovalent an seine Zielproteine gebunden wird und dadurch deren Zielsteuerung innerhalb der Zelle verändert. Das peroxisomale Ubiquitin-bindende Enzym Pex4p (Ubc10p) wurde als das für diese Modifikation verantwortliche Enzym identifiziert. Somit konnten die Forscher dem 1992 ebenfalls an der RUB entdeckten Enzym erstmals eine Funktion und ein Substrat zuweisen. Pex5p, das mit nur einem einzigen Molekül Ubiquitin versehen ist (Monoubiquitinylierung), wird dabei von den AAA-Peroxinen aus der Membran wieder in die Zellflüssigkeit gezogen und recycelt. Pex5p, das mit einer ganzen Kette von Ubiquitin-Molekülen versehen ist (Polyubiquitinylierung), wird hingegen abgebaut: Es wird zum 26S Proteasom, einer Art "intrazellularer Schrottpresse", dirigiert um dort entsorgt zu werden. Dieser Mechanismus ist Teil eines Systems zur Qualitätskontrolle. "Die verschiedenen Formen der Ubiquitinylierung fungieren als eine Art "molekularer Gangschaltung" für die Motorproteine des Exports, den AAA-Peroxinen, da die unterschiedlichen Modifikationen Pex5p zu verschiedenen Zielen in das Cytosol entlassen", fasst Prof. Erdmann zusammen.

Förderung des Projekts

Die Arbeiten an dem Projekt wurden durch die Fonds der Chemischen Industrie, der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Form des Sonderforschungsbereiches 642 sowie durch das European Union Project "Peroxisome" gefördert.

Titelaufnahme

Harald W. Platta, Fouzi El Magraoui, Daniel Schlee, Silke Grunau, Wolfgang Girzalsky & Ralf Erdmann: Ubiquitination of the peroxisomal import receptor Pex5p is required for its recycling. In: The Journal of Cell Biology 177, Apr 23; 177(2):197-204.

http://www.jcb.org/cgi/content/abstract/177/2/197

Harald W. Platta & Ralf Erdmann: The peroxisomal protein import machinery. In: FEBS Letters, published online before print. doi:10.1016/j.febslet.2007.04.001.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Ralf Erdmann, Dr. Harald W. Platta, Abteilung für Systembiochemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24943, Ralf.Erdmann@rub.de, Internet: http://dbs-win.rub.de/biochemie/index.php

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.jcb.org/cgi/content/abstract/177/2/197
http://dbs-win.rub.de/biochemie/index.php

Weitere Berichte zu: Enzym Membran Peroxisom Pex5p Rezeptor Ubiquitin

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie