Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteinimport in Peroxisomen: Bochumer und Osnabrücker Forscher entdecken molekulares Scheunentor

04.03.2010
Wie kommt das Kamel durchs Nadelöhr?
Nature Cell Biology: Riesen-Pore ist die größte je beobachtete

Wenn bekannte Proteintransportkanäle die Eingangstür in Zellorganellen sind, dann verfügen Peroxisomen über ein wahrhaftes Scheunentor. Eine solche Riesenpore, durch die gefaltete, mehrteilige Proteine eingelassen werden können, hatten Prof. Dr. Ralf Erdmann und Dr. Wolfgang Schliebs (Medizinische Fakultät der RUB) schon vor fünf Jahren postuliert.

Jetzt konnten sie sie in Zusammenarbeit mit Biophysikern aus Osnabrück nachweisen. "Wenn man von der Pore des Zellkerns absieht, handelt es sich um die größte jemals beobachtete Proteinimport-Pore", verdeutlicht Prof. Erdmann.

Dass dieses Tor der Superlative trotzdem jahrzehntelang unentdeckt bliebt, führen die Forscher auf seine rasante Dynamik zurück: Es wird nur ganz kurz geöffnet und schließt sich sofort wieder. Die Forscher berichten in der aktuellen Ausgabe von Nature Cell Biology.

Ein Rätsel: Wie werden Riesenproteine importiert?

Peroxisomen sind Organellen, die in fast allen Zellen vorkommen, und deren Schädigungen fast immer tödlich sind. Sie sind nicht nur von medizinischem Interesse, sondern aufgrund ihrer Fähigkeit, Proteine im gefalteten, sogar oligomerisierten (mehrteiligen) Zustand zu importieren, auch von großem Interesse für die molekulare Zellbiologie. Wie Peroxisomen diese riesigen Proteine importieren, war bislang ein Rätsel. "Besonders rätselhaft war, dass peroxisomale Proteine auf ihrem Weg eine Membran durchqueren, die als undurchlässig auch für die kleinsten chemischen Bausteine gilt", erklärt Prof. Erdmann.

Nur ein "Scheunentor" kann Proteinknäuel durchlassen

Proteine müssen vom Entstehungsort bis hin zu ihrem Zielort oftmals Membranen überqueren. Die zugrunde liegenden Mechanismen vieler dieser Transportwege sind weitestgehend bekannt, nicht aber für peroxisomale Proteine. Für den Import in Organellen wie zum Beispiel Mitochondrien werden die Proteine entfaltet und dann schnurartig durch die Membran gefädelt. Erst auf der anderen Seite werden sie dann in ihre fertige, räumliche Struktur gebracht (Abb. 1A). Die Transportkanäle für entfaltete Proteine sind entsprechend klein, als Durchmesser reichen bereits 1 bis 2 Nanometer (nm, entspricht 1/100.000 bis 1/50.000 mm). Die Proteine für Peroxisomen sind um ein Vielfaches größer, da sie nicht entfaltet werden und oftmals aus mehreren Einheiten bestehen. Es konnte gezeigt werden, dass selbst 9 nm große Goldpartikel über die peroxisomale Membran gelangen, ohne diese zu beschädigen. "Würde man die bekannten Transportkanäle als 'Eingangstüren' in ihre Organellen bezeichnen, so würde man für die Peroxisomen eine Pore mit den Dimensionen eines 'Scheunentores' erwarten", so Prof. Erdmann. Die Bochumer suchten also nach diesem peroxisomalen Scheunentor von Pore. "Dass diese Pore über Jahrzehnte hinweg unentdeckt blieb, liegt wahrscheinlich an der ausgesprochenen Dynamik der ausgeklügelten Importmaschinerie von Peroxisomen, die dazu führt, dass der Eingang nur für kurze Zeit geöffnet und sofort wieder geschlossen wird", erklärt Prof. Erdmann.

Rezeptor wird Bestandteil des Kanals

Neu hergestellte peroxisomale Proteine werden von Importrezeptoren in der Zellflüssigkeit erkannt und an die peroxisomale Membran dirigiert, wo die Proteine auf bislang unbekannte Weise über die Membran transportiert werden. Der peroxisomale Importrezeptor Pex5p kommt in allen Zellen in zwei Zustandsformen vor: In löslicher Form in der Zellflüssigkeit und in einer integralen membran-gebundenen Form in Peroxisomen. Die Bochumer Gruppe verfolgte die Idee, dass der membrangebundene Rezeptor selbst integrativer Bestandteil eines kurzlebigen Kanals ist, durch den dann das mitgeführte peroxisomale Protein die Membran passieren kann.

Tor in künstlicher Membran öffnet sich weit

Jetzt ist es der Bochumer Arbeitsgruppe gelungen, einen Membranproteinkomplex, der hauptsächlich aus Rezeptor und seinem Dockingprotein besteht, aus peroxisomalen Membranen der Bäckerhefe zu isolieren und in künstliche Membranen (Proteoliposomen) einzubauen. Mit diesen Liposomen wurde am biophysikalischen Institut der Universität Osnabrück unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Richard Wagner die Existenz eines dynamischen wassergefüllten Kanals nachgewiesen. Dieser war allerdings nicht groß genug, um Proteine zu transportieren. Es bedurfte eines Tricks, um die Pore weit zu öffnen: Dazu mussten die Proteoliposomen mit gereinigten löslichen Rezeptorkomplexen aus der Zellflüssigkeit vorinkubiert werden. Dabei zeigte sich, dass der Kanal in Abhängigkeit von der Größe der Rezeptor-Cargo Komplexe sehr schnell seine Öffnungszustände ändern kann (Abbildung 1B). Die größten Öffnungszustände wurden mit über 9 nm Porendurchmesser gemessen.

Titelaufnahme

Michael Meinecke, Christian Cizmowski, Wolfgang Schliebs, Vivien Krüger, Sabrian Beck, Richard Wagner and Ralf Erdmann: The peroxisomal importomer constitutes a large and highly dynamic pore. In: Nat Cell Biol. (2010) 12, 273 - 277. doi:10.1038/ncb2027

Begleitkommentar von Fred D. Mast, Andrei Fagarasanu & Richard Rachubinski : The peroxisomal protein importomer: a bunch of transients with expanding waistlines. In "News and Views", Nat Cell Biol. (2010) 12, 203 - 205.

Postulat der Riesenpore von 2005: (Nat Rev Mol Cell Biol. 2005 Sep;6(9):738-42)

Weitere Informationen

Prof. Dr. Ralf Erdmann, Abteilung für Systembiochemie, Medizinische Fakultät der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24943

ralf.erdmann@rub.de

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie