MDC-Forscher identifizieren Schaltzentrale der Protein-Entsorgung

Die Forscher Sabine C. Horn, Prof. Thomas Sommer, Prof. Udo Heinemann und Dr. Ernst Jarosch vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch haben jetzt ein entscheidendes Teil in diesem Puzzle gefunden.

In einem Enzymkomplex, der eine wichtige Rolle bei der Qualitätskontrolle von Proteinen spielt, entdeckten sie eine Schaltzentrale, die dafür sorgt, dass unterschiedliche, fehlerhaft produzierte Proteine identifiziert und entsorgt werden. (Molecular Cell, doi: 10.1016/j.molcel200910.015)*.

Proteine sind die Baustoffe und Maschinen des Lebens. Sie kommen zigtausendfach in einer Zelle vor und erledigen lebenswichtige Aufgaben im Organismus. Der Produktionsort einer Vielzahl von Proteinen liegt an einer Zellorganelle, Endoplasmatisches Retikulum genannt. Hier werden die Proteine hergestellt, gefaltet und zu ihrem Bestimmungsort transportiert.

Bei der Protein-Produktion können allerdings Fehler auftreten. Beispielsweise ist es möglich, dass Proteine falsch gefaltet werden. Aber auch ältere Proteine können Fehler aufweisen. So können sie ihre ursprüngliche Struktur verlieren und deshalb ihrer Funktion nicht nachkommen. Sie richten dann unter Umständen sogar Schaden an. Es können Krankheiten entstehen wie etwa Alzheimer, Parkinson oder Mukoviszidose. Fehlerhafte Proteine müssen deshalb in der Zelle erkannt und entsorgt werden.

Qualitätskontrolle: Ausschussware erhält molekularen Stempel
Proteine durchlaufen in der Zelle daher eine Qualitätskontrolle. Bei der Identifizierung fehlerhafter Proteine spielt ein Enzymkomplex, die HRD-Ubiquitin-Ligase, eine wichtige Rolle. Er fungiert als eine Art Stempelmaschine: Erkennt er ein Protein als schadhaft, versieht er das Protein mit einem molekularen Stempel, dem Protein Ubiquitin, und gibt es zur Entsorgung frei.

An die HRD-Ubiquitin-Ligase sind große Anforderungen gestellt, denn Proteine sind an ihren jeweiligen Wirkungsort angepasst und daher auch ganz unterschiedlich aufgebaut. So gibt es beispielsweise wasserlösliche Proteine, die im Zellinneren schwimmen, als auch wasserunlösliche Proteine, die an oder in der Zellmembran liegen. Wie der Enzymkomplex es schafft, Proteine solch unterschiedlicher Bauart zu erkennen und zu markieren war bislang unklar.

Flexible Schaltstelle macht Stempelmaschine universell einsetzbar
Die Studie der MDC-Forscher bringt jetzt Licht ins Dunkel. Die Forscher haben die zentrale und flexible Schaltstelle des Enzymkomplexes entdeckt, die Untereinheit Usa1. Sie verbindet je nach Anforderung bestimmte Module des Komplexes miteinander. Bei der Identifizierung und Markierung löslicher Proteine stellt Usa1 den Kontakt zwischen den Untereinheiten Der1 und Hrd1 her. Die Forscher fanden weiter heraus, dass sich die HRD-Ubiquitin-Ligase mit weiteren HRD-Ubiquitin-Ligasen zu einem größeren Enzymkomplex verbindet, um so auch den Abbau nichtlöslicher Membranproteine bewerkstelligen zu können. Dieser Prozess wird ebenfalls von der Untereinheit Usa1 gesteuert.
*Usa1 Functions as a Scaffold of the HRD-Ubiquitin Ligase.
Sabine C. Horn, Jennifer Hanna, Christian Hirsch, Corinna Volkwein, Anja Schütz, Udo Heinemann, Thomas Sommer? and Ernst Jarosch?

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Barbara Bachtler
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