Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Starke Sache – Neueste Erkenntnisse zur Muskelfunktion

27.04.2015

FWF-PROJEKT LIEFERT EINMALIGEN EINBLICK IN ZENTRALE MUSKELFUNKTIONEN

Die Funktionsweise von Muskeln kann dank der ersten hochauflösenden Röntgenstrukturanalyse des Muskelproteins α-Actinin besser verstanden werden. Die Analyse liefert wesentliche Informationen zur Struktur und Funktion des komplexen Muskelproteins und damit auch zu möglichen neuen Behandlungsansätzen für wichtige Muskelerkrankungen. Dieser Output eines Projekts des Wissenschaftsfonds FWF wurde vor Kurzem im renommierten Fachmagazin Cell publiziert.


In einem Muskel ziehen alle (Proteinfilamente) an einem Strang. Die Rolle des Muskelproteins ?-Actinin wird nun dank hochauflösender Strukturanalysen besser verstanden.

© Gautel / Ghisleni / Pinotsis / Djinovic-Carugo

Muskeln bewegen so einiges – zunächst aber sich selbst. Stränge spezieller Proteine verschieben sich gegeneinander, damit der Muskel Kraft ausüben kann. Dies gelingt nur, wenn es im Muskel einen Fixpunkt gibt, der diesen Strängen Halt bietet. Diese Stellen werden als Z-Scheiben bezeichnet – und bestehen zu einem großen Teil aus dem Protein α-Actinin. Letzteres hat sich ein internationales Team um Kristina Djinovic-Carugo von den Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien nun näher angesehen.

FUNKTION FOLGT FORM

"Nicht nur konnten wir erstmals die genaue Struktur des Proteins aufklären", erklärt Djinovic-Carugo, "sondern auch die Regulierung seiner Funktion – und damit eine lang gehegte Vermutung bestätigen." Tatsächlich zeigte sich, dass α-Actinin als ein Dimer vorlag, das heißt als ein Komplex aus zwei identischen Molekülen. Dieses zylindrisch geformte Dimer hat eine Länge von 360 Å (1Å = 10 hoch -10 Metern) und eine Breite von 60Å. Jedes einzelne Molekül des Dimers besitzt eine kopf- und eine halsähnliche Struktur, die in eine vierteilige stäbchenförmige Fortsetzung übergeht.

Als besonders interessant stellten sich zwei Proteinbereiche heraus, die am Ende der stäbchenförmigen Fortsetzung L-förmig herausragten: "Diese L-förmigen Bereiche binden an den Hals des jeweils anderen Moleküls. So erhält das Dimer seinen Zusammenhalt", sagt Djinovic-Carugo. "Doch unsere wirklich spannende Entdeckung bezüglich dieser Domäne kam, als wir das Fettsäuremolekül PIP2 zufügten."

Tatsächlich gab es schon seit Jahren die Hypothese, dass PIP2 einen maßgeblichen Einfluss auf die Funktion des α-Actinin’s im Muskel hat. Doch erst die Arbeit von Djinovic-Carugo und ihren internationalen Kolleginnen und Kollegen in Deutschland, Großbritannien, Norwegen, Russland, der Schweiz und Slowenien bestätigt nun die Hypothese durch folgende Beobachtung: Solange kein PIP2 vorhanden ist, bleibt die L-förmige Domäne an den Hals des zweiten α-Actinin gebunden. Ist PIP2 vorhanden, öffnet sich diese Bindung und die Domäne fixiert sich an einem anderen Muskelprotein, dem Titin. Dieses macht nach einer Kontraktion den Muskel wieder aktionsbereit. Doch dazu muss es sowohl an die kontraktilen Filamente als auch an die – aus α-Actinin bestehende – Z-Scheibe binden. Der Clou bei der Sache ist – das zeigen die Strukturdaten aus diesem FWF-Projekt –, dass die Halsregion des α-Actinin strukturell dem Titin ähnelt. Die Anwesenheit von PIP2 reicht dann aus, um die Bindungsparameter so zu verändern, dass das eine dem anderen vorgezogen wird.

RÖNTGENBLICK IN DIE KRISTALLKUGEL

Zur Methodik meint Djinovic-Carugo: "Um die Funktionsweise eines Proteins aus der Struktur abzulesen, muss man Milliardstelmeter erkennen können. Das schafft eigentlich nur die Röntgenstrukturanalyse, bei der Röntgenstrahlen sich an den feinen Strukturen eines als Kristall vorliegenden Proteins brechen." Doch mit der Wahl dieser Technik begann auch eine Geduldsprobe: Die Herstellung ausreichender Mengen von α-Actinin zur Züchtung von Protein-Kristallen dauerte Jahre. Um aufzuklären, wie α-Actinin durch PIP2 reguliert wird, bedurfte es weiterer komplizierter Analysemethoden, bei denen die Expertise der internationalen Kolleginnen und Kollegen essenziell war. Dass sich der gemeinsame und kontinuierliche Einsatz gelohnt hat, zeigen die umfassenden Ergebnisse, die vor Kurzem mit einer Publikation in Cell anerkannt wurden.

Die Bedeutung der Ergebnisse geht dabei weit über die grundlegende Erkenntnis hinaus. Tatsächlich ist α-Actinin an den Ursachen lebensbedrohlicher Muskelerkrankungen wie Dystrophien und Kardiomyopathien beteiligt. Die neuen Erkenntnisse über Struktur und Funktion dieses Proteins könnten nun auch neue Behandlungsansätze ermöglichen.

Prof. Kristina Djinovic-Carugo gilt als internationale Expertin für Röntgenstrukturanalysen von Proteinen. Sie ist Leiterin des Department of Structural and Computational Biology ( http://zmb.univie.ac.at/structure-of-the-zmb/department-of-structural-and-computational-biology/ ) der Max F. Perutz Laboratories ( https://www.mfpl.ac.at ) an der Universität Wien und steht dem Laura Bassi Center for Optimized Structural Studies vor.

Zur Arbeitsgruppe von Djinovic-Carugo: http://www.mfpl.ac.at/djinovic

Originalpublikation: E. d. A. Ribeiro, N Pinotsis, A Ghisleni, A Salmazo, P. V. Konarev, J. Kostan, B. Sjoeblom, C. Schreiner, A. A. Polyansky, E. A. Gkougkoulia, M. R. Holt, F. L. Aachmann, B. Žagrović, E. Bordignon, K. F. Pirker, D. I. Svergun, M. Gautel und K. Djinović-Carugo: The structure and regulation of human muscle α-actinin. Cell 158, 1447 – 1460, Dec. 04, 2014 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.10.056

Link zur Publikation: http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(14)01428-7


Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Kristina Djinovic-Carugo
Max F. Perutz Laboratories
Universität Wien
Department of Structural and Computational Biology Campus Vienna Biocenter 5
1030 Wien
M +43 / 664 / 602 77 522 03
E kristina.djinovic@univie.ac.at
W https://www.mfpl.ac.at

Der Wissenschaftsfonds FWF:
Marc Seumenicht
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 67 40 - 8111
E marc.seumenicht@fwf.ac.at
W http://www.fwf.ac.at

Redaktion & Aussendung:
PR&D – Public Relations für Forschung & Bildung Mariannengasse 8
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

Marc Seumenicht | PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Krebs erregende Substanzen aus Benzinmotoren

24.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wasserqualität von Flüssen: Zusätzliche Reinigungsstufen in Kläranlagen lohnen sich

24.05.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Orientierungslauf im Mikrokosmos

24.05.2017 | Physik Astronomie