Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstverdauung als Überlebensstrategie

02.03.2009
In Hungerzeiten schnallen Zellen den Gürtel enger: Sie beginnen ihre eigenen Proteine und Zellorganellen zu verdauen. Ein internationales Team von Biochemikern, Zellbiologen und Genetikern hat nun erstmals einen Mechanismus vorgeschlagen, der erklärt, wie die Autophagosomen erkennen, welche Proteine oder Organellen sie verdauen sollen.

In Hungerzeiten schnallen Zellen den Gürtel enger: Sie beginnen ihre eigenen Proteine und Zellorganellen zu verdauen. Diese als Autophagie bezeichnete Selbstverdauung findet in speziellen Organellen, den Autophagosomen, statt.

Was bei einfachen Hefezellen eine Überlebensstrategie für schlechte Zeiten ist, hat sich im Laufe der Evolution zu einem Selbstreinigungsprozess weiter entwickelt: In Säugetieren beseitigen die Autophagosomen auch fehlgefaltete Proteine, beschädigte Organellen oder krankmachende Bakterien. Ist diese Funktion gestört, können vermehrt Infektionskrankheiten sowie Krebs, Parkinson oder Alzheimer auftreten.

Biochemiker der Goethe-Universität haben nun in Kooperation mit der Universität Tromsø, Norwegen, dem Weizmann Institut, Israel, und dem Tokyo Metropolitan Institute, Japan, erstmals einen Mechanismus vorgeschlagen, der erklärt, wie die Autophagosomen erkennen, welche Proteine oder Organellen sie verdauen sollen.

"Es ist schon erstaunlich, dass die Autophagie seit über 30 Jahren bekannt ist, aber bisher noch niemand nach Rezeptoren gesucht hat, die dem Prozess seine Selektivität verleihen", erklärt Prof. Ivan Dikic der am Institut für Biochemie II und am Exzellenzcluster "Makromolekulare Komplexe" arbeitet. Ihm kam zugute, dass seine Gruppe über viele Jahre einen anderen Selbstreinigungsprozess der Zelle entschlüsselt hat: die Zerlegung kleiner Moleküle im Proteasom, einer Art "molekularen Schredder". "Wir wissen, dass die zur Entsorgung bestimmten Moleküle mit einem kleinen Protein, dem Ubiquitin, markiert werden. Dieses wird dann von einem Rezeptor am Eingang des Proteasoms erkannt", sagt Dikic. "Es lag nahe, einen ähnlichen Mechanismus für die Verdauung in Autophagosomen vorzuschlagen".

Anders als das Proteasom, das eine komplexe molekulare Maschine darstellt, sind Autophagosomen einfach gebaut: Es handelt sich um doppelte Membranen, die im Zytoplasma herum schwimmen. Ähnlich den weißen Blutkörperchen können sie größere Proteine oder sogar Zellorganellen einschließen. Da sie keine eigenen Enzyme besitzen, um ihren Inhalt zu verdauen, verschmelzen sie anschließend mit Lysosomen. Als kürzlich die Gruppe von Yoshinori Ohsumi vom National Institute for Basic Biology im japanischen Okazaki berichtete, die Außenseite der Autophagosomen sei mit Ubiquitin ähnlichen Proteinen (ATG8) bestückt, und nachwies, dass diese für die Autophagie spezifisch sind, wurden Dikic und sein Mitarbeiter Dr. Vladimir Kirkin hellhörig. Sie begannen gezielt nach Kandidaten für Autophagie-Rezeptoren zu suchen, die an die Familie der ATG8-Proteine binden.

Wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Molecular Cell berichten, konnten sie mit Methoden der Zellbiologie, Biochemie und Maus-Genetik neben dem bereits bekannten p62/SQSTM1-Protein ein weiteres Protein identifizieren, das als Rezeptor infrage kommt: das in Tumoren gehäuft auftretende Probein MBR1. Beide Proteine haben eine ähnliche, kettenförmige Struktur. An einen Ende binden sie an Ubiquitin, das die zur Entsorgung bestimmten Protein-Aggregate und Organellen kennzeichnet. Benachbart zu dem Ubiquitin bindenden Ende der Rezeptor-Proteine befindet sich eine Domäne, die an die Familie der ATG8-Proteine auf der äußeren Membran der Autophagosomen bindet. Auf diese Weise könnte der "Protein-Schrott" am Autophagosom andocken und anschließend von der Membran umschlossen werden.

Kirkin, der inzwischen bei der Firma Merck Serono in Darmstadt arbeitet, verfolgt dort die Möglichkeit, diese Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Wirkstoffe nutzbar zu machen. Dikic und seine Gruppe wollen unterdessen auch bei Mitochondrien, die für oxydativen Stress in der Zelle verantwortlich sind, nach Rezeptoren für die Autophagie auf diesen wichtigen Zellorganellen suchen.

Informationen: Prof. Ivan Dikic, Institut für Biochemie II, Campus Niederrad,
Tel: (069) 6301-83647; ivan.dikic@ biochem2.de
Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. Vor 94 Jahren von Frankfurter Bürgern gegründet, ist sie heute eine der zehn größten Universitäten Deutschlands. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Rund um das historische Poelzig-Ensemble im Frankfurter Westend entsteht derzeit für rund 600 Millionen Euro der schönste Campus Deutschlands. Mit über 50 seit 2000 eingeworbenen Stiftungs- und Stiftungsgastprofessuren nimmt die Goethe-Uni den deutschen Spitzenplatz ein. In drei Forschungsrankings des CHE in Folge und in der Exzellenzinitiative zeigt sich die Goethe-Universität als eine der forschungsstärksten Hochschulen.

Herausgeber Der Präsident der Goethe-Universität Frankfurt am Main. Redaktion Dr. Anne Hardy, Referentin für Wissenschaftskommunikation. Abteilung Marketing und Kommunikation, Senckenberganlage 31, 60325 Frankfurt am Main, Tel: (069) 798-9228, Fax: (069) 798-28530, hardy@pvw.uni-frankfurt.de

Dr. Anne Hardy | idw
Weitere Informationen:
http://www.biochem2.de
http://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(09)00064-1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien nutzen
22.05.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Junger Embryo verspeist gefährliche Zelle
22.05.2018 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

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: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

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

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

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