Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekularbiologen entdecken eine aktive Rolle von Membranfetten bei der Entstehung von Krankheiten

27.07.2017

Einige Zellen vollführen hochspezialisierte Funktionen und sind unerlässlich für die Koordination vielfältiger Prozesse, beispielsweise regulieren sie den Blutzuckerspiegel durch die Produktion von Insulin. Dem können sie nur nachkommen, indem sie sich auf eine hohe Proteinproduktion spezialisieren. Das tun sie durch die „unfolded protein response“ (UPR), ein Programm, das den Eiweißausstoß der Zellen reguliert. Fehlfunktionen können entscheidend zur Entstehung von Krankheiten wie Diabetes und Krebs beitragen. Forscher um Robert Ernst haben nun einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, der die Aktivierung der UPR steuert: Eine Änderung der Membranfette setzt das Programm in Gang.

Die Entschlüsselung dieses Mechanismus öffnet völlig neuartige Forschungsansätze für das Verständnis von Krankheiten. Die Studie ist im Fachmagazin „Molecular Cell“ erschienen.


Ungefaltete Proteine und fehlerhafte Zusammensetzungen der Membranfette werden von dem Sensorprotein Ire1 erfühlt und führen zur Aktivierung der „unfolded protein response“.

Grafik: Robert Ernst

Zellen produzieren ständig neue Proteine und Membranfette, um zu wachsen und um sich zu teilen. Im menschlichen Körper befinden sich auch viele hochspezialisierte Zellen, die wahre Exportweltmeister sind. Plasmazellen zum Beispiel produzieren Antikörper gegen Eindringlinge wie Bakterien und Viren. Wiederum andere Zellen aus der Bauchspeicheldrüse produzieren Insulin und sind essentiell für die Regulation des Blutzuckers.

Diese Leistungen können sogenannte sekretorische Zellen nur erbringen, weil sie ihre Fähigkeit zur Produktion von Proteinen im Vergleich zu anderen Körperzellen um ein Vielfaches hochregulieren. Sie tun dies mithilfe eines zellulären Programms, der sogenannten unfolded protein response (UPR). Eine zentrale Aufgabe der UPR ist es, fehlgefaltete Proteine zu erkennen, die ihre normalen Aufgaben nicht erfüllen können.

Solche fehlgefalteten Proteine sind gefährlich, da sie ähnlich einer Kettenreaktion mit anderen Proteinen verklumpen und somit Zellfunktionen stören. Die UPR erlaubt es, diese Kettenreaktion zu stoppen, indem sie hilft, die Verklumpungen aufzulösen und fehlgefaltete Proteine schnellstmöglich in ihre korrekte Form zu überführen. So trägt die UPR entscheidend zur Funktion sekretorischer Zellen bei und schützt sämtliche Körperzellen vor der Überlastung ihrer Proteinproduktion.

Es gibt aber einen Haken: Viren und Krebszellen nutzen die UPR für ihre Zwecke, um schneller zu wachsen und um das Immunsystem zu überrumpeln. Darüber hinaus können Zellen durch eine dauerhafte Aktivierung der UPR überbeansprucht werden und sterben.

Ähnlich wie ein hochgezüchteter Rennwagen, der zwar viel schneller ist als ein Traktor, produzieren Zellen, in denen die UPR aktiv ist, viel größere Proteinmengen, sind aber auch anfälliger als normale Körperzellen. Anders ausgedrückt: „Wo der Motor des Rennwagens nach 100 schnellen Runden den Geist aufgibt, weil er heiß läuft, fährt der Traktor noch viele Runden auf dem Acker gemächlich weiter, aber eben nicht so schnell wie der Rennwagen“, vergleicht Robert Ernst den Mechanismus. Warum aber eine Zelle mit hoher Produktionsleistung deutlich anfälliger ist, war bisher unbekannt.

Das Team um Professor Ernst hat dieses Rätsel jetzt gelöst und beschrieben, wie die UPR Membranfette erfühlt und darauf reagiert. In enger Zusammenarbeit mit Forschern der Goethe-Universität und dem Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt hat das Forscherteam aus der Fachrichtung Medizinische Biochemie und Molekularbiologie der Universität des Saarlandes einen neuartigen Mechanismus entdeckt, der zur Aktivierung der UPR führt und Dauerstress in Zellen auslösen kann.

Demnach wird die UPR nicht nur durch fehlgefaltete Proteine aktiviert, sondern auch durch eine veränderte Zusammensetzung der Membranfette. Auf diesem Weg laufen sekretorische Zellen also Gefahr „heißzulaufen“, ganz wie der Rennwagenmotor. Die Erkenntnisse können dabei helfen, das Verständnis von Krankheiten zu verbessern. Damit stößt diese Arbeit das Fenster in eine neue Forschungsrichtung auf, das eine aktive Rolle der Membranfette berücksichtigt.

Erst seit wenigen Jahren verdichteten sich die Hinweise auf solch eine unerwartete Rolle der Membranfette durch die Beobachtungen verschiedener Arbeitsgruppen aus Japan, Großbritannien und den USA. 2011 identifizierten Peter Walter, der als Entdecker der UPR gilt, und David Ron, ein Pionier auf dem Gebiet der UPR des Menschen, die Frage nach dem Zusammenhang von Membranfetten und der UPR als das zentrale, ungelöste Rätsel – das nun gelöst wurde.

„Die unfolded protein response reguliert fünf bis zehn Prozent aller Gene im Menschen, um die Produktionsleistung einer Zelle optimieren“, stellt Robert Ernst fest. „Jetzt verstehen wir endlich, warum gerade Zellen mit einer hohen Produktionsleistung zuerst Schaden nehmen, wenn sich ihre Membranfette ändern.“ Eine Ursache dafür kann beispielsweise in der Ernährung liegen, die sich in der Zusammensetzung der Membranfette niederschlägt.

Bereits im Vorfeld der Publikation haben sich die Ergebnisse herumgesprochen, und das renommierte Journal „Nature Reviews Molecular Cell Biology“ weist in einem Editorial auf den in „Molecular Cell“ erschienenen Artikel hin: http://www.nature.com/nrm/journal/v18/n8/full/nrm.2017.74.html. Für einen wissenschaftlichen Aufsatz kommt diese Erwähnung quasi dem Ritterschlag gleich.

Die Studie Activation of the Unfolded Protein Response by Lipid Bilayer Stress erscheint am 17. August 2017 in der Fachzeitschrift „Molecular Cell“. Online ist sie seit dem 6. Juli verfügbar. Link zur Vollversion: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276517304392?via%3Dihub (https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.06.012)

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Robert Ernst
Tel.: (06841) 16 47875
E-Mail: robert.ernst@uks.eu

Gerhild Sieber | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Berichte zu: Antikörper Kettenreaktion Körperzellen Proteine Traktor Viren Zelle Zellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Polymere aus Bor produzieren
18.01.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Modularer Genverstärker fördert Leukämien und steuert Wirksamkeit von Chemotherapie
18.01.2018 | Deutsches Krebsforschungszentrum

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: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten