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 Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches 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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie