Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Partnerwahl ist keine reine Formsache

03.03.2014

Alzheimer wird durch den millionenfachen Tod von Nervenzellen im Gehirn ausgelöst.

Maßgeblich beteiligt an diesem Massensterben ist das Tau-Protein, das in den Zellen der betroffenen Hirnregionen verklumpt. Ein molekularer Helfer namens Hitzeschockprotein (Hsp) 90 beeinflusst das Verklumpen, indem es Tau erkennt und bindet. Wie Wissenschaftler jetzt herausgefunden haben, erfolgt diese Partnerwahl nach völlig anderen Prinzipien als sonst unter Proteinen üblich. Diese Erkenntnisse eröffnen einen neuen Ansatzpunkt, um die Entstehung der Alzheimer-Krankheit zu erforschen.


Das Helferprotein Hsp90 (grau) bindet Tau (rot) über einen großen Bereich und viele Kontakte.

Foto: Rüdiger / Universität Utrecht

Man vergisst Termine und Orte, das Denken und Sprechen fällt schwerer, irgendwann werden auch einfache Handgriffe zum Problem: Immer mehr vorwiegend ältere Menschen erkranken hierzulande an der Alzheimer-Krankheit (Morbus Alzheimer).

Jedes Jahr sind es allein in Deutschland 300 000 neue Betroffene. Der Verlauf der Erkrankung ist irreversibel und führt unweigerlich dazu, dass Patienten letztendlich pflegebedürftig werden und oft sozial vereinsamen. Eine wirksame Therapie gibt es bisher nicht. Ausgelöst wird Alzheimer durch den massenhaften Tod von Nervenzellen im Gehirn. In betroffenem Hirngewebe finden sich unter anderem zu Haufen verklumpte Tau-Proteine, die dazu beitragen, dass die Nervenzellen nicht mehr richtig funktionieren und schließlich absterben.

Doch Tau ist nicht per se schädlich, sondern hat in Zellen sogar eine lebenswichtige Funktion. Es bindet an Mikrotubuli – röhrenförmige Gerüstbausteine des Zellskeletts – und trägt damit zur Stabilität der Zellen bei. Erst wenn Menschen an Alzheimer erkranken, findet sich Tau in den Nervenzellen in veränderter Form und verklumpt. Doch was löst seine verheerende Veränderung aus?

Ein internationales Wissenschaftlerteam konnte nun aufklären, wie ein molekularer Helfer namens Hsp90 das Tau bindet und wie die beiden Proteine miteinander „sprechen“. Diese „Kommunikation“ beeinflusst auch das weitere Schicksal von Tau: ob es funktionstüchtig bleibt oder sich zum Schaden der Zelle zusammenlagert. Dazu analysierten die Forscher den Komplex von Hsp90 und Tau mittels Kernspinresonanz-Spektroskopie. 

Schwieriger Partner

Tau ist für andere Proteine alles andere als leicht zu erkennen, denn es ist in mehrerer Hinsicht sehr ungewöhnlich. Im Gegensatz zu vielen anderen Proteinen muss es nicht erst eine bestimmte Form annehmen, um seine Aufgabe in der Zelle zu erfüllen. In seiner Gestalt ist es zudem äußerst wandelbar. „Wie wir heraufgefunden haben, erkennt Hsp90 das Tau-Protein und wahrscheinlich auch andere Bindungspartner nach einem für uns Wissenschaftler ganz neuen Prinzip“, erklärt Stefan Rüdiger von der Universität Utrecht (Niederlande), dessen Team gemeinsam mit Kollegen am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Göttingen und Bonn, am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (MPIbpc), an der Universitätsmedizin Göttingen und der University of South Florida (USA) die Struktur der beiden Bindungspartner entschlüsselte.

Hsp90 gehört zu den sogenannten Chaperonen, die als Faltungshelfer fungieren und Proteine auch vor Stress wie etwa Hitze schützen: Sie können eine Vielzahl unterschiedlicher Proteine binden und überprüfen als Qualitätskontrolleure deren Struktur und damit Funktionsfähigkeit. Im Gegensatz zu anderen Chaperonen besitzt Hsp90 jedoch keine Region, mit der es seine Bindungspartner wie ein Barcode-Scanner erkennt und festhält. Völlig unklar ist bisher, wie Hsp90 es ohne einen solchen Barcode-Scanner schafft, all seine unterschiedlichen Partner zu finden und zu binden.

Tau wiederum hat gar keinen Bereich, der als Barcode dienen könnte. Daher „ertastet“ Hsp90 das Tau-Protein mit einer Fläche, die viel größer ist als die Regionen, die bei anderen Chaperonen als Barcode-Scanner dienen. „Über diesen für uns bisher unbekannten Mechanismus der ‚Partnerwahl’ kann Hsp90 eine große Anzahl ganz unterschiedlicher Proteine erkennen und binden, denn in den Augen des Helferproteins sehen sie trotz ihrer Vielfalt an Aufgaben und Strukturen gleich aus“, sagt Markus Zweckstetter, Forschungsgruppenleiter am DZNE, am MPIbpc und an der Universitätsmedizin Göttingen.

Doch was passiert mit dem Tau-Protein, wenn es an Hsp90 bindet? „Ob dies zum Schutz oder Schaden des Proteins ist, können wir bisher nicht eindeutig sagen, aber wir möchten mit unserer zukünftigen Forschung genau diese Frage klären“, so Markus Zweckstetter.

Originalpublikation
G. Elif Karagöz, Afonso M.S. Duarte, Elias Akoury, Hans Ippel, Jacek Biernat, Tania Morán Luengo, Martina Radli, Tatiana Didenko, Bryce A. Nordhues, Dmitry B. Veprintsev, Chad A. Dickey, Eckhard Mandelkow, Markus Zweckstetter, Rolf Boelens, Tobias Madl, Stefan G.D. Rüdiger:
Hsp90-Tau complex reveals molecular basis for specificity in chaperone action. Cell 156, 963–974, doi: 10.1016/j.cell.2014.01.037 (2014).

Kontakt:
Prof. Dr. Markus Zweckstetter,
Forschungsgruppe Strukturbiologie bei demenziellen Erkrankungen,
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE);
Forschungsgruppe Proteinstrukturbestimmung mittels NMR,
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie;
Universitätsmedizin Göttingen
Tel.: +49 551 201-2220
E-Mail: mzwecks@gwdg.de; Markus.Zweckstetter@dzne.de

Dr. Carmen Rotte, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie
Tel.: +49 551 201-1304
E-Mail: crotte@gwdg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpibpc.mpg.de/13940801/pr_1406

- Original-Pressemitteilung mit druckfähigem Bildmaterial


http://www.mpibpc.mpg.de/de/zweckstetter

- Webseite der Forschungsgruppe Proteinstrukturbestimmung mittels NMR, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Dr. Carmen Rotte | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen
27.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Glykane als Biomarker für Krebs?
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie