Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanoschalter in der Zelle

02.02.2018

Ein Team mit Freiburger Forschenden hat einen neuen Mechanismus zur Regulation der Proteinsynthese entdeckt

Mitochondrien, am besten bekannt für ihre Rolle als Zellkraftwerke, erfüllen viele lebensnotwendige Aufgaben in der Zelle. In den Mitochondrien können im Rahmen der Zellatmung reaktive Sauerstoffspezies entstehen. Wenn diese im Übermaß vorhanden sind, führen sie aufgrund ihrer hohen Reaktivität zu irreparablen Schädigungen wichtiger Zellbestandteile.


3D-Struktur von Mitochondrien in einer Hefezelle mit Sprossung. Die Markierung mit einem grünfluoreszierenden Protein zeigt, dass Mitochondrien ein dichtes tubuläres Netzwerk in der Zelle bilden.

Quelle: Stefan Jakobs

Dieser so genannte oxidative Stress steht bei vielen Krankheiten und auch bei Alterungsprozessen im Verdacht, eine ursächliche Rolle zu spielen. In niedrigen Konzentrationen können reaktive Sauerstoffspezies jedoch in der Zelle auch als wichtige Botenstoffe fungieren.

Dabei werden spezifische, so genannte redox-aktive Thiole in bestimmten Proteinen modifiziert. Diese Form der oxidativen Modifikation ist umkehrbar und kann wie ein Nanoschalter die Funktion eines Proteins regulieren.

Ein deutsch-polnisches Forschungsteam um Prof. Dr. Bettina Warscheid von der Universität Freiburg und Prof. Dr. Agnieszka Chacinska vom Centre of New Technologies in Warschau/Polen hat einen neuen Mechanismus entdeckt, mit dem Mitochondrien, deren Redox-Gleichgewicht geschädigt ist, die Neubildung von Proteinen im Zytoplasma regulieren können. Die Mitochondrien benutzen reaktive Sauerstoffspezies als Signal, um die Proteinsynthesemaschinerie zu verlangsamen. Die Forschungsarbeit wurde in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Zunächst bestimmte Dr. Ida Suppanz aus Warscheids Arbeitsgruppe mittels quantitativer Massenspektrometrie den Redoxzustand von Thiolen in Tausenden von Proteinen der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Dabei entdeckte sie in Komponenten der Ribosomen, an denen die Bildung neuer Proteine stattfindet, bisher unbekannte redox-aktive Thiole.

Ulrike Topf aus Chacinskas Arbeitsgruppe beobachtete, dass ein erhöhter Level an reaktiven Sauerstoffspezies die Neubildung von Proteinen hemmt. Durch biochemische und zellbiologische Methoden zeigte sie, dass geschädigte Mitochondrien ihren Stoffwechselzustand mit Hilfe von reaktiven Sauerstoffspezies an die Proteinsynthesemaschinerie melden und diese dadurch bremsen können.

Es wird angenommen, dass die zeitweise Reduzierung der Proteinsyntheserate bei oxidativem Stress einen positiven Effekt auf das Überleben der Zellen hat, da es vermutlich hilft, das Gleichgewicht in der Zelle wiederherzustellen:

Auf diese Weise wird verhindert, dass die Zelle Proteine synthetisiert, die von den geschädigten Mitochondrien nicht aufgenommen werden können, sich folglich im Zytoplasma anstauen und wieder abgebaut werden müssen. Wie die Zelle bei einem Proteinstau reagiert, hat das Team um Warscheid und Chacinska schon 2015 in der Fachzeitschrift „Nature“ dargelegt (Pressemitteilung: www.pr.uni-freiburg.de/pm/2015/pm.2015-08-13.119).

Des Weiteren konnten die Wissenschaftlerinnen zeigen, dass es diesen neu entdeckten Regulationsmechanismus nicht nur in Hefezellen, sondern auch in menschlichen Zellen gibt. Erkenntnisse darüber, wie dysfunktionale Mitochondrien mit anderen Komponenten der Zelle kommunizieren, können helfen, die Mechanismen alterungsbedingter und neurodegenerativer Erkrankungen zukünftig besser zu verstehen.

Bettina Warscheid ist Leiterin der Abteilung Biochemie – Funktionelle Proteomforschung, Institut für Biologie II, und Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Zentrum für biologische Signalstudien an der Universität Freiburg. Ida Suppanz ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Biochemie – Funktionelle Proteomforschung.

Originalpublikation:
Ulrike Topf*, Ida Suppanz*, Lukasz Samluk, Lidia Wrobel, Alexander Böser, Paulina Sakowska, Bettina Knapp, Martyna K. Pietrzyk, Agnieszka Chacinska# & Bettina Warscheid#. Quantitative proteomics identifies redox switches for global translation modulation by mitochondrially produced reactive oxygen species (2018). Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-017-02694-8. (*#Diese Autorinnen sind zu gleichen Teilen beteiligt.)

Kontakt:
Prof. Dr. Bettina Warscheid
Institut für Biologie II
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-2690
E-Mail: bettina.warscheid@biologie.uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2018/nanoschalter-in-der-zelle

Rudolf-Werner Dreier | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Adenoviren binden gezielt an Strukturen auf Tumorzellen
23.04.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

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: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics