Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein ungleiches Zwillingspaar

07.08.2013
Wie zwei eng verwandte Eiweißmoleküle den menschlichen Eisenstoffwechsel und die Herstellung von Eisen-Schwefel-Proteinen abstimmen

Die beiden Eiweißmoleküle CIA2A und CIA2B sind aus sehr ähnlichen Aminosäureresten aufgebaut. Beide üben eine Rolle im menschlichen Eisenhaushalt aus, doch die Aufgaben dieser ‚Zwillinge’ unterscheiden sich deutlich.

Forscher aus Marburg und dem kalifornischen Los Angeles zeigen in einer am 6.August 2013 im angesehenen Wissenschaftsmagazin „Cell Metabolism“ veröffentlichten Titelgeschichte, dass CIA2A auf die Kontrolle des menschlichen Eisenstoffwechsels spezialisiert ist, während CIA2B eine biosynthetische Rolle bei der Herstellung von vielen zellulären Eisen-Schwefel-Proteinen wahrnimmt.

Eisen ist das häufigste Spurenelement im menschlichen Organismus und als Bestandteil des roten Blutfarbstoffes Häm nicht nur am Transport von Sauerstoff beteiligt, sondern spielt auch eine Rolle bei der zellulären Energiegewinnung und zahlreichen biosynthetischen Prozessen. Darüber hinaus ist Eisen auch ein wichtiger Bestandteil der sogenannten Eisen-Schwefel-Zentren.

Diese Kofaktoren spielten in der Evolution des Lebens vermutlich eine entscheidende Rolle bei der Synthese erster biologischer Moleküle. Noch heute unterstützen Eisen-Schwefel-Zentren als Kofaktoren zahlreicher zellulärer Proteine lebensnotwendige Vorgänge in allen bekannten Organismen. Dazu gehören unter anderem die Vervielfältigung der Erbsubstanz DNA, die Herstellung von Eiweißmolekülen an Ribosomen oder die Zellatmung.

Daher überrascht es nicht, dass ein Eisenmangel im Organismus durch mangelnde Zufuhr des Metalls oder durch fehlerhafte Verteilung zu schwerwiegenden Stoffwechselstörungen oder gar Erkrankungen führen kann. Diese reichen von Müdigkeit und Blutarmut (Anämie) über Hämochromatosen bis hin zur Lichtempfindlichkeit (Xeroderma pigmentosum) und Krebserkrankungen (Fanconi Anämie). Organismen haben daher komplexe Mechanismen entwickelt, um einen ausgewogenen Eisenhaushalt sicherzustellen. Beim Menschen geschieht dies u.a. durch ein wichtiges Eisen-Schwefel-Protein namens IRP1 (Eisen-regulatorisches Protein 1).

In ihrer aktuellen Arbeit untersuchte die internationale Forschergruppe unter Führung des Marburger Zellbiologen Professor Dr. Roland Lill zunächst, wie es menschlichen Zellen gelingt, die strukturell sehr unterschiedlichen zellulären Eisen-Schwefel-Proteine mit ihrem Kofaktor auszustatten. Dabei entdeckte Erstautor Oliver Stehling zunächst zwei neue Partnerproteine des vor einem Jahr im Wissenschaftsjournal Science vom gleichen Team beschriebenen Proteins MMS19.

Die neuen Proteine CIA2B und CIA1 bilden mit MMS19 einen Komplex und sind an der cytosolischen Eisen-Schwefelprotein Herstellung (englisch Cytosolic Iron-Sulfur Protein Assembly) beteiligt. Es stellte sich heraus, dass die einzelnen Komponenten dieses Komplexes auf die Herstellung unterschiedlicher Eisen-Schwefel-Proteine spezialisiert sind, und sich dieser Stoffwechselweg in mehrere Äste aufgabelt. Dies zeigt anschaulich das Titelbild von Cell Metabolism: die verschiedenen Äste des Biosynthesebaumes tragen verschiedene Eisen-Schwefelproteine als Blumen.

Völlig unerwartet war die Funktion des mit CIA2B verwandten Zwillingsproteins CIA2A. Diese Komponente ist ausschließlich für das Einfügen des Eisen-Schwefel Kofaktors in IRP1 verantwortlich und spielt damit eine direkte Rolle bei der Regulation des Eisenhaushalts. Als weitere Überraschung fanden die Autoren heraus, dass CIA2A auch an das zweite Eisen-regulatorisches Protein (IRP2) bindet, obwohl IRP2 über kein Eisen-Schwefel-Zentrum verfügt.

„Die Befunde der Studie legen damit nahe, dass der CIA2A-Ast in doppelter Weise für die Regulation des menschlichen Eisenhaushaltes zuständig ist“, erklärt Stehling. „Die Arbeit wirft ein ganz neues Licht auf die Kontrolle des menschlichen Eisenstoffwechsels und fördert das Verständnis von Proteinen, die an grundlegenden Lebensprozessen wie der DNA-Synthese und DNA-Reparatur beteiligt sind“, fügt Lill hinzu. Wie die Herstellung von Eisen-Schwefel-Zentren mit dem Eisenstoffwechsel genau abgestimmt wird, wollen die Forscher nun in Folgestudien untersuchen.

Die Veröffentlichung entstand im Rahmen eines Forschungsprojekts, das durch den DFG-finanzierten Sonderforschungsbereich 593 „Mechanisms of cellular compartmentalisation and the relevance for disease“, durch das Graduiertenkolleg 1216“ Intra- and inter-cellular transport and communication“, durch die Von Behring Röntgen-Stiftung, durch das Fellowship der Max-Planck-Gesellschaft und das LOEWE Zentrum für Synthetische Mikrobiologie gefördert wurde. Publikation

Weitere Informationen:
Originalpublikation:
Stehling et al., Human CIA2A-FAM96A and CIA2B-FAM96B Integrate Iron Homeostasis and Maturation of Different Subsets of Cytosolic-Nuclear Iron-Sulfur Proteins, Cell Metabolism 18, 1–12, August 6, 2013.

http://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(13)00285-4

Abbildung: Cover der Augustausgabe von Cell Metabolism (Cell Press). Download unter http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2013c/cm.pdf

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Roland Lill, Institut fuer Zytobiologie
Tel: 06421/2866449
E-mail: Lill@staff.uni-marburg.de

Dr. Susanne Igler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium
07.12.2016 | Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

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: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie