Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste Hilfe für gestresste Proteine

28.11.2014

Wissenschaftler der UMG und der Universität Michigan/USA entdecken, wie unscheinbares Protein Zellen vor freien Radikalen schützt. Veröffentlicht in der englischen Fachzeitschrift „Molecular Cell“.

Mit Sauerstoff verbinden die meisten Menschen vor allem Positives: Jede einzelne Zelle des Körpers benötigt ihn. Tritt Sauerstoff jedoch in Form von reaktiven Radikalen, also Molekülen, auf, ist er extrem schädlich für den Körper. Man spricht dann von oxidativem Stress.


Bei oxidativem Stress (unten) ändert Get3 seine Form, lagert sich mit drei anderen Get3-Proteinen zusammen und arbeitet als Chaperon, um Proteine zu schützen.

Grafik: Wilhelm Voth, UMG.

Er greift das Erbgut an oder verändert Proteine so, dass sie ihre Aufgaben nicht mehr ausführen können. Die Proteine sind den Sauerstoffradikalen jedoch nicht schutzlos ausgeliefert. Die Zellen können mit oxidativem Stress umgehen, ihre Proteine bleiben funktionstüchtig. Wie schaffen sie das?

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Blanche Schwappach, Direktorin des Instituts für Molekularbiologie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und Wissenschaftlerin am Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB), sowie Prof. Dr. Ursula Jakob, Department of Biological Chemistry der Universität Michigan (USA), hat jetzt herausgefunden, wie Zellen ihre molekularen Arbeiter bei oxidativem Stress trotzdem schützen können.

Ein Protein namens Get3 springt ein, wenn die eigentlichen Rettungskräfte durch den radikalen Sauerstoff außer Gefecht gesetzt sind. Get3 hat normalerweise eine andere Aufgabe in der Zelle. Wird es jedoch von reaktivem Sauerstoff angegriffen, verwandelt es sich selbst in einen Protein-Retter und lässt dafür seine ursprüngliche Aufgabe liegen. Die Forschungsergebnisse wurden im Oktober in der Fachzeitschrift „Molecular Cell“ veröffentlicht.

Orginalpublikation: Voth W, Schick M, Gates S, Li S, Vilardi F, Gostimskaya I, Southworth DR, Schwappach B, Jakob U. The Protein Targeting Factor Get3 Func-tions as ATP-Independent Chaperone under Oxidative Stress Conditions. Mol Cell. 2014 Oct 2;56(1):116-27. doi: 10.1016/j.molcel.2014.08.017. Epub 2014 Sep 18.

HILFE FÜR DIE HELFER
Proteine bestehen aus langen Ketten und funktionieren nur, wenn sie sich in eine komplexe dreidimensionale Form gefaltet haben. Unter Umständen verlieren Proteine diese wichtige Faltung jedoch und damit ihre Arbeitsfähigkeit. Dies passiert zum Beispiel, wenn es zu warm wird. Auch Sauerstoffradikale können Proteine aus der Form bringen. Diese aggressiven Sauerstoff-Verbindungen entstehen, wenn UV-Licht auf die Zellen trifft oder durch chemische Substanzen, die zum Beispiel in Zigarettenrauch enthalten sind. Kleine chemische Veränderungen durch die Radikale führen dazu, dass die Proteine ihre Faltung selbst nicht mehr aufrechterhalten können.

Doch Zellen wissen sich zu schützen: Droht ein Protein aus der Form zu geraten, eilen „Rettungs-Proteine“, sogenannte Chaperone, hinzu. Sie unterstützen es dabei, die Form zu wahren. Chaperone sind Proteine, die anderen Proteinen beim Heranreifen helfen, unerwünschte Kontakte unterbinden und Fehler korrigieren. Sie halten das hilfsbedürftige Protein so fest, dass es seine Faltung nicht verlieren kann. Das funktioniert in den meisten Fällen sehr zuverlässig. Dieser zelluläre Rettungsdienst versagt allerdings, wenn radikaler Sauerstoff im Spiel ist. Denn Radikale berauben die Zellen auch ihrer wichtigsten Energieträger, den ATP-Molekülen. Ohne ATP fehlt den Chaperonen der Treibstoff für ihre energieintensive Arbeit – sie können die beschädigten Proteine nicht mehr am Entfalten hindern. Die Zelle hat trotzdem einen Notfallplan.

Oxidativer Stress verwandelt Get3 in ein Rettungs-Protein
Für ihre Arbeit nutzten die Forscher aus Göttingen und Michigan Hefezellen. Sie eignen sich besonders gut für genetische und biochemische Studien und verhalten sich dabei ähnlich wie menschliche Zellen. Auf die Spur von Get3 kamen die Wissenschaftler, als sie Hefezellen untersuchten, denen dieses Protein fehlt. „Zellen ohne Get3 haben einen bemerkenswerten Defekt“, sagt Blanche Schwappach. Diese Zellen reagieren besonders empfindlich auf oxidativen Stress.“ Bisher war keinerlei Verbindung zwischen der Aufgabe, die Get3 erfüllt, und den zellulären Schutzmechanismen gegen radikalen Sauerstoff bekannt. Normalerweise ist Get3 dafür zuständig, bestimmte Proteine in Membranen der Zelle zu verankern. Diese Funktion hat nichts mit oxidativem Stress zu tun.

Bei ihren Arbeiten stellten die Forscher jedoch fest, dass Get3 seine Faltung grundlegend ändert, wenn es Sauerstoff ausgesetzt ist. In diesem Zustand konnte Get3 auch andere Proteine davor retten, ihre Faltung zu verlieren – es arbeitete also als Chaperon. Mehr noch: Anders als der zelluläre Rettungsdienst leistet Get3 Erste Hilfe ohne ATP. Es kann also auch bei oxidativem Stress anderen Proteinen beistehen. Dafür arbeitet es im Team: Vier oder mehr Get3-Chaperone tun sich zusammen und kümmern sich um ein beschädigtes Protein. „Entscheidend ist, dass Get3 zwischen seinen beiden Faltungen und Funktionen hin- und herwechseln kann“, sagt Wilhelm Voth, der an der Universitätsmedizin Göttingen und der Universität Michigan forscht. „Seine Veränderung durch radikalen Sauerstoff ist also umkehrbar.“

Die Proteinforscher haben damit entdeckt, dass Get3 zu einer besonders faszinierenden Gruppe von Proteinen gehört: Diese haben im Laufe der Evolution neben ihrer eigentlichen Funktion eine zweite Aufgabe übernommen, die von der ersten oft völlig verschieden ist. Je nach Bedarf können sie die eine oder andere Tätigkeit übernehmen. „Leiden die Zellen unter oxidativem Stress, verwandelt sich Get3 in ein ATP-unabhängiges Chaperon und hilft durch Sauerstoff geschädigten Proteinen. Ist der Stress überwunden, kehrt es wieder zu seiner ursprünglichen Tätigkeit zurück. Als Rettungsassistent arbeitet es sozusagen im Nebenjob“, sagt Blanche Schwappach. „Durch seine Verwandlungskunst befreit Get3 die Zelle so aus dem Dilemma, dass der radikale Sauerstoff ihr eigentliches Rettungssystem aushebelt.“

WEITERE INFORMATIONEN:
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Institut für Molekularbiologie und Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB)
Prof. Dr. Blanche Schwappach, Telefon 0551 / 39-5962
Humboldtallee 23, 37073 Göttingen
blanche.schwappach@med.uni-goettingen.de

Stefan Weller | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.universitaetsmedizin-goettingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik