Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Deutsche und israelische Forscher gewinnen neue Erkenntnisse zur Proteinentsorgung

24.05.2013
Zellen haben ein ausgeklügeltes System, um defekte und nicht mehr benötigte Proteine kontrolliert zu entsorgen und so Schaden vom Körper abzuwenden.

Dr. Katrin Bagola und Prof. Thomas Sommer vom Max-Delbrück-Centrum (MDC) Berlin-Buch sowie Prof. Michael Glickman und Prof. Aaron Ciechanover vom Technion in Haifa, Israel, haben eine neue Funktion eines Enzyms entdeckt, das an diesem lebenswichtigen Prozess beteiligt ist. Danach ist ein Faktor, kurz Cue1, in Hefezellen nicht nur Rezeptor und Aktivator für einen Teil des Abbauapparats, sondern trägt dazu bei, das defekte Protein mit einem molekularen Stempel für den Abbau zu markieren (Molecular Cell, doi: org/10.1016/j.molcel.2013.04.005)*.

Proteine sind molekulare Maschinen in den Zellen eines Organismus. Verschiedenste Arten von Proteinen erfüllen viele unterschiedliche Funktionen: Sie transportieren Stoffe an ihren Bestimmungsort, wehren Krankheitserreger ab, ermöglichen chemische Reaktionen in der Zelle und vieles mehr. Viele Proteine werden an einer Zellorganelle, dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) hergestellt, gefaltet und anschließend zu ihrem Bestimmungsort transportiert.

Einige Proteine werden nur für eine spezielle, zeitlich begrenzte Aufgabe benötigt und müssen danach wieder abgebaut werden. Aber bei der Herstellung und Faltung passieren auch häufig Fehler. Diese defekten Proteine sind nicht funktionsfähig und können dem Organismus sogar schaden. Auch sie müssen deshalb abgebaut werden.

Die Zellen haben daher ein ausgeklügeltes System, um fehlerhafte und nicht mehr benötigte Proteine zu entsorgen. Im ER gibt es einen speziellen Weg für den Abbau, die ER-assoziierte Proteindegradation (ERAD). Dieses System enthält zahlreiche Enzyme, die gemeinsam dafür sorgen, dass ein fehlerhaftes Protein mit einem molekularen Stempel, dem Molekül Ubiquitin, markiert wird. Dieser Prozess heißt Ubiquitinierung. Eine Kette von vier bis sechs Ubiquitinmolekülen dient als Abbau-Signal. Ein mit solch einer Kette markiertes Protein wird zur Häckselmaschine der Zelle, dem Proteasom, transportiert und dort in seine Bestandteile zerlegt.

Dieses Ubiquitin-Proteasom-System kommt in allen höheren Zellen vor, es ist ubiquitär. Es ist eines der komplexesten zellulären Systeme überhaupt und schützt den Körper vor schweren Krankheiten. Schadhafte Proteine, die diesem System entgehen, lösen schwere Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, Chorea Huntington, Mukoviszidose oder Diabetes aus. Entdecker dieses Schutzprogramms ist Prof. Ciechanover. Er bekam dafür 2004 zusammen mit Prof. Avram Hershko (Technion) und Prof. Irwin Rose (University of California, Irvine, USA) den Chemienobelpreis.

Damit eine Ubiquitinkette an ein defektes Protein angehängt werden kann, müssen mehrere Enzyme zusammen arbeiten. Manche von ihnen sind in der Membran des ER verankert, andere, wie ein Enzym namens Ubc7, schwimmen frei im Inneren der Zelle. Ein Faktor, kurz Cue1 genannt, der selbst an die Membran gebunden ist, ist dafür zuständig, Ubc7 einzufangen und zu den Enzymen an der Membran zu bringen. Dafür hat er einen Bereich, der spezifisch an Ubc7 bindet. Ein weiterer Bereich des Faktors ist die sogenannte CUE-Domäne. Ihre Funktion haben Dr. Bagola und Prof. Sommer zusammen mit ihren Prof. Glickman und Prof. Ciechanover in Hefezellen näher untersucht.

Schicksalhafte Bindung
Bei der CUE-Domäne handelt es sich um eine Ubiquitin-bindende Domäne, kurz UBD. UBDs binden an bestimmte Ubiquitinmuster, können also beispielsweise erkennen, ob eines oder mehrere Ubiquitinmoleküle an ein Protein angehängt worden sind und wie die jeweiligen Ubiquitinmoleküle in Ketten miteinander verknüpft sind. Das Ubiquitinmuster bestimmt, welche UB-Domäne an welches Protein bindet und entscheidet so über das weitere Schicksal des Proteins.
Direkten Einfluss auf die Bildung von Molekülketten, die Signal geben für Proteinabbau
Die Forscher des MDC und des Technion, die schon seit vielen Jahren eng zusammenarbeiten, konnten zeigen, dass die CUE-Domäne des Faktors Cue1 an Ubiquitinketten bindet, die über einen bestimmten Baustein der einzelnen Ubiquitinmoleküle miteinander verknüpft sind und die als Abbau-Signal für Proteine dienen. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass die CUE-Domäne auch direkten Einfluss auf die Länge der Ubiquitinketten hat: Fehlte die CUE-Domäne oder war sie durch eine Mutation in ihrer Funktion eingeschränkt, entwickelten sich die Ubiquitinketten langsamer und wurden auch nicht so lang. Offenbar stabilisiert die CUE-Domäne die Ubiquitinketten, so dass weitere Ubiquitinmoleküle leichter angefügt werden können.

In Hefezellen stellten die Forscher fest, dass die CUE-Domäne von Cue1 auf diese Weise tatsächlich beeinflusst, wie effektiv das Proteindegradation System ERAD Proteine abbauen kann. Die Forscher vermuten, dass die CUE-Domäne speziell für die Entsorgung von Proteinen gebraucht wird, die an die Membran des ER gebunden sind. Auf den Abbau löslicher Proteine scheint sie dagegen keinen Einfluss zu haben. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Ubiquitin-bindende Domäne auch die Entstehung von Ubiquitinketten regulieren kann. Diese Funktion war bislang unbekannt“, erläutern die Forscher.

* Ubiquitin binding by a CUE domain regulates ubiquitin chain formation by ERAD E3 ligases.
Katrin Bagola1, Maximilian von Delbrück1, Gunnar Dittmar1, Martin Scheffner3, Inbal Ziv4, Michael H. Glickman4, Aaron Ciechanover5, and Thomas Sommer1, 2

1Max-Delbrück-Center for Molecular Medicine, Robert-Rössle-Strasse 10, D-13122 Berlin, Germany
2Humboldt-University zu Berlin, Institute for Biology, Invalidenstr.43, D-10115 Berlin, Germany
3Department of Biology, Konstanz Research School Chemical Biology, University of Konstanz, Konstanz, Germany
4Department of Biology and 5Cancer and Vascular Biology Research Center, The Rappaport Faculty of Medicine and Polak Cancer Center, Technion-Israel Institute of Technology, Haifa 31096, Israel

Kontakt:
Barbara Bachtler
Pressestelle
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin
Tel.: +49 (0) 30 94 06 - 38 96
Fax: +49 (0) 30 94 06 - 38 33
e-mail: presse@mdc-berlin.de

Barbara Bachtler | Max-Delbrück-Centrum
Weitere Informationen:
http://www.mdc-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Fettleibigkeit Brustkrebs aggressiver macht
20.10.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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: 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...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher untersuchen Pflanzenkohle als Basis für umweltfreundlichen Langzeitdünger

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

„Antilopen-Parfüm“ hält Fliegen von Kühen fern

20.10.2017 | Agrar- Forstwissenschaften

Aus der Moosfabrik

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie