Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fahrticket für Reisen innerhalb von Zellen gefunden

19.12.2014

Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) entdecken neues Prinzip der Regulation von Genen. Veröffentlicht in der Internet-Zeitschrift eLife.

Start und Stopp – klare Ansagen wie diese galten bisher als eine Art Qualitäts-sicherung bei der Herstellung von Eiweißstoffen (Proteinen) in Körperzellen. Forscher an der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) haben jetzt herausgefunden: Das Überlesen des Stopp-Signals kann biologisch wichtig sein und sogar weiter führen.


Lactatdehydrogenase (LDH) ist ein altbekanntes Enzym, das aus vier Untereinheiten besteht. Forscher an der UMG haben herausgefunden, dass diese Untereinheiten deren Enden Anhängsel bekommen.....

Abbildung: aus Schueren et al. eLife 2014;3:e03640


Ein neuer Mechanismus der Genregulation. (...)

Grafik: umg/thoms

Ein Team von Molekularmedizinern unter der Leitung von Priv.-Doz. Dr. Sven Thoms, Klinik für Kinder- und Jugendheilkunde der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), hat jetzt einen neuen Mechanismus entdeckt, wie Proteine an bestimmte Orte innerhalb der Zelle gelangen können. Das Ergebnis der Forschungen: Durch das Überlesen eines Stopp-Codons entsteht ein Fahrticket zu Reisezielen innerhalb der Zelle. Die Forschungsergebnisse wurden veröffentlich in der Internet-Zeitschrift „elife“.

Originalveröffentlichung: Schueren et al. (2014) Peroxisomal lactate dehydrogenase is generated by translational readthrough in mammals.
eLife 2014;3:e03640, DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.03640

Jede Körperzelle kann Proteine (Eiweißstoffe) durch Verkettung von Aminosäuren herstellen. In der Regel beginnt die Proteinproduktion an Ribosomen mit einem Start-Codon und endet mit einem Stopp-Codon. Dabei kommt es immer wieder mal vor, dass bei der Proteinherstellung das Stopp-Codon überlesen wird. Die Produktion geht dann weiter, bis ein anderes Stopp-Codon das Wachsen der Proteinkette stoppt. Durch das Überlesen des Stopp-Codons wird das Protein um ein Anhängsel verlängert. Da kein biologischer Vorgang in Körperzellen mit 100-prozentiger Genauigkeit abläuft, kann das im Prinzip bei jedem Protein passieren.

Die Zelle versucht aber mit vielen Mitteln, diese Fehlinterpretation von Stopp-Codons zu verhindern. Bisher dachte man, dass das gelegentliche Überlesen von Stopp-Codons ein unvermeidlicher Vorgang ist und von den Zellen einfach in Kauf genommen wird. Die Arbeitsgruppe von Priv.-Doz. Dr. Sven Thoms in der Klinik für Kinder- und Jugendheilkunde (Direkto-rin: Prof. Dr. Jutta Gärtner) an der Universitätsmedizin Göttingen hat in Zusammenarbeit mit Thomas Lingner, Institut für Bioinformatik der UMG, herausgefunden, dass das Überlesen eines Stopp-Codons nicht unbedingt eine unerwünschte Nebenerscheinung der Proteinherstellung ist.

FORSCHUNGSERGEBNISSE IM DETAIL
Die Göttinger Forscher entdeckten, dass ungefähr zwei Prozent eines altbekannten Enzyms sich durch das Überlesen des Stopp-Codons verlängert: Es handelt sich um die Laktatdehydrogenase (LDH). Das Enzym spielt eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung in jedem Organismus. Dr. Thoms und Mitarbeiter konnten zeigen: Das Anhängsel, das durch das Überlesen des Stopp-Codons bei der Herstellung dieses Enzyms entsteht, trägt eine wichtige Information. Erst diese angehängte Information bewirkt, dass das Enzym LDH nicht im Zytoplasma der Zelle bleibt, sondern zu Zellorganellen, den Peroxisomen, transportiert wird. Die Göttinger Molekularmediziner haben damit einen neuen Mechanismus entdeckt, wie beim Menschen Proteine an bestimmte Orte in der Zelle gelangen können.

LDH hat in Peroxisomen eine wichtige Aufgabe. Das von der LDH gebildete Laktat (Milchsäure) dient dazu, die Stoffwechselfunktion von Peroxisomen in Schwung zu halten. Wenn durch einen genetischen Defekt der Stoffwechsel von Peroxisomen eingeschränkt ist, kann das schwerwiegende angeborene Erkrankungen zu Folge haben.

Die Göttinger Forscher entdeckten die neue Form der LDH, indem sie das gesamte menschliche Genom mit einem speziellen mathematischen Algorithmus abgesucht haben. Dieser kann vorhersagen, wie wahrscheinlich ein Stopp-Codon überlesen wird. In Zukunft wollen die Biowissenschaftler diesen Ansatz dazu verwenden, um weitere Zellproteine zu finden, die diesen neuen und ungewöhnlichen Mechanismus des Überlesens von Stopp-Codons für ihre Funktion nutzen. Sie wollen ihre Entdeckung zudem in der therapeutischen Forschung zu genetischen Krankheiten einsetzen, die durch vorzeitige Stopp-Codons verursacht werden.

eLife ist eine neue Internet-Zeitschrift, die von dem Nobelpreisträger Randy Schekman begründet wurde, und die von der Max-Planck-Gesellschaft (Deutschland), dem Howard Hughes Medical Institute (USA) und vom Welcome Trust (England) gefördert wird. Die Zeitschrift ist open access: die Artikel sind für jeden frei zugänglich.

Abb.1: Lactatdehydrogenase (LDH) ist ein altbekanntes Enzym, das aus vier Untereinheiten besteht, die hier in grün, rot, beige und orange dargestellt sind. Forscher an der UMG haben herausgefunden, dass diese Untereinheiten an den gelb markierten Enden Anhängsel bekommen können, mit deren Hilfe LDH ins Peroxisom transportiert wird. Diese Anhängsel mit der Adressierung für Peroxisomen entstehen, indem bei einem Teil der LDH das Stopp-Codon überlesen wird. Abbildung: aus Schueren et al. eLife 2014;3:e03640.

Abb. 2: Auf der Boten-RNA (mRNA) ist die Information für alle Proteine kodiert. Bei der Proteinherstellung (Translation) werden die Information der mRNA in jeder Körperzelle in Protein übersetzt. Ein Stopp-Codon auf der mRNA signalisiert normalerweise das Ende der Translation. Thoms und Kollegen erkannten, dass bei ca. 2% aller Laktatdehydrogenase (LDH)-Moleküle das Stopp-Codon überlesen wird (readthrough). Dadurch bekommt die LDH ein kleines Anhängsel, das die Adressierung für ein Zellorganell enthält, das sich in jeder Körperzelle befindet: das Peroxisom. So kann die Zelle sicherstellen, dass immer ein bestimmter Anteil der LDH in das Peroxisom gelangt und dort aktiv sein kann. Schema: umg/Thoms

WEITERE INFORMATIONEN:
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Klinik für Kinder- und Jugendmedizin
Priv.-Doz. Dr. Sven Thoms
sven.thoms@med.uni-goettingen.de

Stefan Weller | Universitätsmedizin Göttingen - Georg-August-Universität

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Forscher vergleichen Biodiversitätstrends mit dem Aktienmarkt
06.12.2016 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

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: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nährstoffhaushalt einer neuentdeckten “Todeszone” im Indischen Ozean auf der Kippe

06.12.2016 | Geowissenschaften

Entschlüsselung von Kommunikationswegen zwischen Tumor- und Immunzellen beim Eierstockkrebs

06.12.2016 | Medizin Gesundheit

Bioabbaubare Polymer-Beschichtung für Implantate

06.12.2016 | Materialwissenschaften