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

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: 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...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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