Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gestörter Kupfertransport macht das Herz krank: Detail geklärt

18.06.2015

Göttinger Forscher entschlüsseln: Veränderungen in einem bestimmten Protein führen zur Entstehung von mitochondrialen Myopathien. Veröffentlicht in „Cell Metabolism“.

Wenn in den Kraftwerken unserer Zellen die Atmungskette nicht mehr richtig funktioniert, kann dies schwerwiegende Folgen für die Gesundheit haben. So führen Fehler in einem besonders wichtigen Proteinkomplex der Atmungskette, der Cytochrom-c-Oxidase (COX), oft schon im Säuglingsalter zu schweren Krankheiten wie degenerativen Veränderungen des Gehirns (Enzephalopathien) oder Erkrankungen der Herzmuskulatur (Kardiomyopathien).


Energiefabriken der Zelle: Das Mitochondrien-Netzwerk einer humanen Zelle wird durch die Immunfluoreszenzmikroskopie sichtbar.

Abbildung: umg/zellbiochemie

Wie es dazu kommt, dass COX bei manchen Menschen nicht richtig arbeitet, ist noch weitgehend unbekannt. Ein Forscherteam um Prof. Dr. Peter Rehling und Dr. Markus Deckers, Institut für Zellbiochemie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB), haben jetzt ein Protein entdeckt, das für den richtigen Zusammenbau von COX eine entscheidende Rolle spielt.

Die Ergebnisse der Forscher zeigen, dass ein wichtiges Kupfer-Ion nicht mehr in COX eingebaut werden kann, wenn das sogenannte COA6 Protein mutiert ist. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Cell Metabolism“ veröffentlicht.

Originalpublikation: Pacheu-Grau D, Bareth B, Dudek J, Juris L, Vögtle FN, Wissel M, Leary SC, Dennerlein S, Rehling P, Deckers M. (2015) Cooperation between COA6 and SCO2 in COX2 Maturation during Cytochrome c Oxidase Assembly Links Two Mito-chondrial Cardiomyopathies. Cell Metabolism 21, 823-833

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass COA6 ein wichtiger Bestandteil des mitochondrialen Kupfer-Lieferwegs ist“, sagt Prof. Rehling, Senior-Autor der Studie. „Mutationen in COA6 und SCO2 führen zu Funktionsstörungen von COX, weil sie verhindern, dass Kupfer an COX geliefert werden kann.“ Die Erkenntnisse der Göttinger Wissenschaftler tragen dazu bei, durch mitochondriale Defekte verursachte Erkrankungen besser zu verstehen.

FORSCHUNGSERGEBNISSE IM DETAIL
Erst seit Kurzem weiß man, dass bei manchen Neugeborenen mit schweren Herzerkrankungen und defektem COX das Protein COA6 mutiert ist. „Diese Ergebnisse brachten uns zu der Hypothese, dass COA6 am Zusammenbau von COX beteiligt ist. Wir haben daher genauer untersucht, was COA6 tut“, sagt Prof. Rehling. Erste Versuche der Göttinger Biochemiker zeigten, dass COA6 an eine COX-Untereinheit bindet. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass sich COA6 auch mit einem weiteren Protein, dem sogenannten SCO2, zusammenlagert. „Von SCO2 ist bekannt, dass es wichtig ist, um die COX-Untereinheit mit Kupfer auszustatten“, sagt Dr. Markus Deckers, ebenfalls Autor der Studie. Kupfer-Ionen sind ein unverzichtbarer Bestandteil von COX, sie sind entscheidend am Transport der Elektronen beteiligt.

Eine Beobachtung aus der Klinik brachte die Forscher auf weitere Ideen: „Interessanterweise haben Mutationen in SCO2 die gleiche Folge wie Mutationen in COA6: In beiden Fällen funktioniert COX nicht mehr richtig und betroffene Menschen zeigen die gleichen Krankheitsbilder“, sagt Dr. Deckers. Die Wissenschaftler vermuteten daher, dass auch COA6 daran beteiligt ist, Kupfer an COX zu liefern. Um im Detail zu verstehen, wie Mutationen in COA6 und SCO2 zu COX-Defekten führen, sahen sich die Forscher die Veränderungen in den beiden Proteinen genauer an.

WIE GENAU FÜHREN MUTATIONEN ZU DEFEKTEN IN COX?
In Patienten mit COX-Defekt ist häufig ein ganz bestimmter Baustein in COA6 oder SCO2 verändert. Weitere Versuche ergaben, dass eine solche typische Mutation von SCO2 dazu führt, dass es nicht mehr an COA6 binden kann. „Bei COA6 hatte der veränderte Baustein noch gravierendere Folgen“, sagt Dr. David Pacheu-Grau, Erstautor der Studie und ebenfalls Mitarbeiter im Institut für Zellbiochemie der UMG. „Mutiertes COA6 landet an einem völlig falschen Ort im Mitochondrium, wo weder SCO2 noch COX zu finden sind.“

Dass eine einzelne Mutation zu dieser Fehlplatzierung führen kann, liegt an einer Besonderheit der Mitochondrien: Sie stellen nur manche der Proteine, die sie benötigen, selbst her. Den Großteil produziert die Zelle außerhalb der Kraftwerke. Diese Proteine müssen dann über ein ausgeklügeltes Transportsystem zu ihrem Bestimmungsort innerhalb der Mitochondrien geliefert werden. Eine besondere Peptidsequenz in den Proteinen fungiert dabei als Adresse, die zum richtigen Ort weist. Zu den Proteinen, die außerhalb der Mitochondrien hergestellt und erst anschließend importiert werden, zählt auch COA6. Die Mutation in COA6 führt also offenbar zu einer Adress-Änderung und das Protein landet im falschen „Briefkasten“.

HINTERGRUNDINFORMATIONEN
Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen. Sie produzieren einen Großteil der Energie, die wir zum Leben benötigen. Mitochondrien produzieren Energie vor allem in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Um ATP in großen Mengen herstellen zu können, benötigen die Zellkraftwerke 95 Prozent des Sauerstoffs, den wir einatmen. Am Ende der mitochondrialen Atmungskette überträgt COX Elektronen auf die Sauerstoff-Moleküle. Dieser letzte Schritt ist notwendig, damit die Massenproduktion von ATP funktioniert. Es ist bekannt, dass Mutationen in bestimmten Genen dazu führen können, dass COX keine Elektronen auf den Sauerstoff laden kann. Die Folge: Den Zellen fehlt ATP und damit Energie, um ihre vielfältigen Aufgaben erfüllen zu können. Davon Betroffene erkranken schwer.

WEITERE INFORMATIONEN:
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Institut für Zellbiochemie
Prof. Dr. Peter Rehling, Telefon: 0551 / 39-5947
Humboldtallee 23, 37073 Göttingen
peter.rehling@medizin.uni-goettingen.de

Stefan Weller | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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