Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flinke Enzyme mit zwei Fingern: Schalterprotein strukturell und dynamisch aufgeklärt

11.12.2012
Forscher der RUB und vom MPI Dortmund untersuchen kleine GTPasen

Forscher der RUB und vom MPI Dortmund haben den Mechanismus aufgeklärt, der die Zelltransport-regulierenden Proteine ausschaltet. Sie konnten im Detail auflösen, wie das zentrale Schalterprotein Rab mit zwei „Protein-Fingern“ von seinem Interaktionspartner herunterreguliert wird.


Die Interaktion von Rab (rot) und RabGAP (blau) beschleunigt die Spaltung von GTP (bunt). Mit der FTIR-Spektroskopie erhält man ein genaues Bild der Bewegungen im aktiven Zentrum bei der Interaktion der Proteine (Ausschnitt rechts). Die beiden „Finger“ von RabGAP sind grau dargestellt, in Gelb ist ein Teil des Rab-Proteins gezeigt. Oben links im Ausschnitt ist das GTP-Molekül mit seinen drei Phosphatgruppen (orange-rot) zu sehen.

Grafik: Konstantin Gavriljuk

Die strukturellen und dynamischen Daten berichten die Forscher um Prof. Dr. Klaus Gerwert (Lehrstuhl für Biophysik, RUB) und Prof. Dr. Roger S. Goody (Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie, Dortmund) in der Online Early Edition der Zeitschrift PNAS. „Anders als beim Zellwachstumsprotein Ras, das mit nur einem ‚Finger‘ reguliert wird, haben wir überraschenderweise einen Zweifinger-Abschaltmechanismus bei Rab gefunden. Das wirft ein völlig neues Licht auf die Funktionsweise bestimmter Enzyme, der kleinen GTPasen, zu denen Rab gehört“, erklärt Klaus Gerwert.

Schalterproteine mit verschiedenen Krankheiten assoziiert

Anders als Ras-Proteine, die das Zellwachstum regulieren, steuern Rab-GTPasen (auch Rab-Proteine genannt) diverse Transportvorgänge zwischen verschiedenen Bereichen einer Zelle. Ist das Transportsystem gestört, können Krankheiten wie Fettleibigkeit entstehen. Die Rab-Proteine funktionieren genau wie die Ras-Proteine als Schalter. Im „An“-Zustand ist das energiereiche Molekül GTP gebunden, im „Aus“-Zustand das energieärmere GDP. Das Abschalten von GTP zu GDP wird durch sogenannte RabGAP-Proteine katalysiert. Dabei wird GTP in GDP und Phosphat gespalten. Das Forscherteam beobachtete zum ersten Mal die zugrundeliegende Reaktion räumlich und zeitlich mit höchstmöglicher atomarer Auflösung.

Erst ein Schnappschuss, dann ein ganzer Film

Mit der Röntgenstrukturanalyse bestimmten die Forscher zunächst die räumliche Struktur des Protein-Komplexes. Die Daten zeigten einen Finger bestehend aus der Aminosäure Arginin und einen zweiten Finger aus Glutamin. Der Arginin-Finger war bereits von Ras bekannt. Neu und überraschend ist der Glutamin-Finger. Mit beiden Fingern dringt RabGAP in die GTP-Bindetasche von Rab ein und beschleunigt die GTP-Spaltung um fünf Größenordnungen. Diesen dynamischen Prozess verfolgten die Biophysiker mit der FTIR-Spektroskopie in Echtzeit. „Anders als die Röntgenstrukturanalyse liefert uns die FTIR-Spektroskopie nicht nur einen Schnappschuss von der Reaktion, sondern einen kompletten Film“, sagt PD Dr. Carsten Kötting. Das Ergebnis: Beide katalytischen Finger dringen zeitgleich in die GTP-Bindetasche ein und verlassen sie zusammen mit dem von GTP abgespaltenen Phosphat.

Medizinisch interessanter Mechanismus

In ihrem Experiment untersuchten die Wissenschaftler das Protein Rab1b und das RabGAP TBC1D20. Andere Rab-Proteine und RabGAPs ähneln diesen beiden Vertretern. „Daher nehmen wir an, dass sie ebenfalls über einen Zweifinger-Mechanismus interagieren“, spekuliert Konstantin Gavriljuk. Die Fähigkeit des Zweifinger-Systems auch mutierte Rab-Proteine, also mutierte GTPasen, abzuschalten, könnte auch medizinisch interessant sein. Denkbar wäre es, kleine Moleküle zu entwickeln, die den Zweifinger-Mechanismus imitieren und auf diese Weise andere mutierte GTPasen, wie zum Beispiel Ras, abschalten, die unkontrolliert Wachstumssignale aussenden und so an der Tumorentstehung beteiligt sind.

Titelaufnahme

K. Gavriljuk, E.-M. Gazdag, A. Itzen, C. Kötting, R.S. Goody, K. Gerwert (2012): Catalytic mechanism of a mammalian Rab•RabGAP complex in atomic detail, PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1214431110

Weitere Informationen

Prof. Dr. Klaus Gerwert, Lehrstuhl Biophysik, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24461, E-Mail: klaus.gerwert@bph.ruhr-uni-bochum.de

Angeklickt

Frühere Presseinformation zum Zellwachstumsprotein Ras
http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/pm2012/pm00293.html.de

Redaktion: Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften