Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Guten ins Töpfchen – die Schlechten ins Kröpfchen / Qualitätskontrolle in Muskelzellen

11.01.2011
Durch das korrekte Zusammenspiel von Acetylcholin mit dem Acetylcholin-Rezeptor (AChR) können Befehle von den Nerven auf unsere Muskeln übertragen und Kontraktionen ausgeführt werden. Wird dieses Zusammenspiel gestört, sind meist Krankheiten die Folge.

AChR ist ein hochkomplexes, aus mehreren Protein-Untereinheiten bestehendes Molekül. Da ein fehlerhafter oder unvollständiger Zusammenbau zu Funktionsverlust führen kann, unterliegt er sowohl bei der Synthese als auch beim Zusammenbau einer strikten Qualitätskontrolle. Spezielle Kontrollmechanismen gewährleisten, dass nur richtig zusammengebaute Rezeptoren an die Oberfläche der Zelle gelangen dürfen, während fehlerhafte zurückbehalten werden.


Mikroskopische Aufnahme der neuromuskulären Endplatten eines Bauchfellmuskels der Maus mit den zugehörigen Nervenfasern. Der nikotinische Acetylcholin-Rezeptor (nAChR) in den Endplatten ist rot gefärbt, die Nervenfasern grün. Foto: C. Kaether/FLI

Wissenschaftlern aus Jena und Karlsruhe ist es nun gelungen, eine wichtige Komponente dieser Qualitätssicherung im Muskel von Mäusen zu finden und seine Rolle bei der Kontrolle nachzuweisen; ein erster Schritt zum Verständnis dieser komplexen Prüfmechanismen.

Sollen Arme oder Beine bewegt werden, dann signalisieren Nervenzellen den Muskeln, sich zu kontrahieren. Diese Reizübertragung erfolgt an den motorischen Endplatten. Von den Nervenzellen wird der Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) freigesetzt, der anschließend an die Acetylcholin-Rezeptoren (nikotinische AChR), den „Antennen“ der Muskeln, bindet und dadurch die Kontraktion einleitet.

Der nAChR besteht aus 5 Untereinheiten: zwei α-Untereinheiten und jeweils einer β-, δ- und γ- oder ε-Untereinheit. Diese bilden an der Kontaktstelle zwischen Nerv und Muskel einen Ionenkanal, der sich durch Bindung von ACh öffnet und Na+-Ionen in den Muskel einlässt. Das daraus resultierende elektrische Signal führt dann zur Kontraktion der Muskelfasern.

Im endoplasmatischen Retikulum (ER) werden die nAChR-Untereinheiten synthetisiert und zum nAChR-Komplex zusammengebaut. Das ER fungiert dabei wie eine Fabrik: alle für die Plasmamembran oder die Umgebung der Zelle bestimmten Proteine werden hier hergestellt und vor Auslieferung durch spezielle Kontrollmechanismen auf ihre Qualität hin überprüft. D.h. nach dem Aschenputtel-Prinzip dürfen nur fertig zusammengebaute Komplexe (Die Guten...) die Zelle verlassen, während defekte Komplexe oder einzelne Bausteine (Die Schlechten...) daran gehindert und zurücktransportiert werden. Obwohl nAChR eines der wichtigsten und am besten untersuchten Moleküle ist, ist dennoch wenig über die Kontrollmechanismen, die Art und Weise des Zusammenbaus und den daran beteiligten Proteinen bekannt.

Forschern um Dr. Christoph Kaether vom Leibniz-Institut für Altersforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena und Dr. Rüdiger Rudolf vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), zusammen mit Instituten in Kiel und Padua (Italien), gelang es nun, eine wichtige Komponente dieser Kontrollmechanismen zu entschlüsseln und seine Rolle bei der Qualitätsprüfung im Muskel nachzuweisen; ein erster, wichtiger Schritt für das Verständnis, wie die Qualitätssicherung funktionieren könnte. Diese Forschungen wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt und die Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der anerkannten Fachzeitschrift “PNAS“ (December 27, 2010; DOI: 10.1073/pnas.1001624108) publiziert.

"Uns gelang der Nachweis, das Rer1, ein neuartiges Sortier-Protein, durch Bindung an die α-Untereinheiten von nAChR dafür sorgt, dass diese im ER bleiben, bis sie in einen Rezeptor-Komplex eingebaut werden. Rer1 ist folglich an der Qualitätskontrolle beteiligt und steuert den Zusammenbau von nAChR-Komplexen im Muskel", so Dr. Christoph Kaether, Nachwuchsgruppenleiter der AG Membrantransport am FLI.

Die Forscher konnten in Zellkulturen und Mäusen zeigen, dass nach Entfernung von Rer1 die Qualitätskontrolle nicht mehr richtig funktionierte und freie α-Untereinheiten das ER verließen, ohne in einen Komplex eingebaut worden zu sein. "Dieser Rer1-Mangel führte bei Mäusen zu kleineren neuromuskulären Endplatten und dünneren Muskelfasern, was auch eine Störung der Signalübertragung vermuten lässt", deutet Kaether an. "Mit diesen neuen Erkenntnissen haben wir nicht nur eine wichtige Komponente des Kontrollmechanismus identifiziert, sondern wir verstehen nun langsam, wie dieser funktionieren könnte, was gerade im Hinblick auf krankheitsbedingte Fehlfunktionen des Muskels ein wichtiger Ansatz wäre."

Der mit dem Alter einhergehende Schwund von Muskelmasse und -kraft, der durch einen passiven Lebensstil noch verstärkt werden kann, wird allgemein als Muskelschwund (Sarkopenie) bezeichnet. "Wir stellen uns die Frage, ob es womöglich einen Zusammenhang zwischen Sarkopenie und dem Vorhandensein bzw. Fehlen von Rer1 im gealterten Muskel gibt", merkt Christina Valkova an. Die Post-Doktorandin in der Kaether-Gruppe hat bereits mit den Arbeiten zu dieser Fragestellung begonnen.

Kontakt:

Dr. Kerstin Wagner
Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI)
Beutenbergstr. 11, 07745 Jena
Tel.: 03641-656371, Fax: 03641-656335, E-Mail: koordinator@fli-leibniz.de
Originalpublikation:
Ch. Valkova, M. Albrizio, I.V. Röder, M. Schwake, R. Betto, R. Rudolf, Ch. Kaether: Sorting receptor Rer1 controls surface expression of muscle acetylcholine receptors by ER retention of unassembled {alpha}-subunits. Proc Natl Acad Sci USA. (2010), Dec 27, DOI: 10.1073/pnas.1001624108

Dr. Kerstin Wagner | idw
Weitere Informationen:
http://www.fli-leibniz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik