Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellulärer Maschinenbau

06.11.2008
In einer Zelle geht es wie in einer Fabrik zu: Winzige Maschinen fügen aus kleinsten Molekülen große Proteine zusammen. Aber woher kommen eigentlich die Maschinen? Forscher der Universität Würzburg haben auf diese Frage jetzt eine Antwort gefunden.

Und es gibt sie doch: Maschinenbauer, die in Zellen dafür verantwortlich sind, molekulare Maschinen zusammenzubauen, die eine Vielzahl lebenswichtiger Prozesse in der Zelle ausführen, wie beispielsweise das richtige Umschreiben der Erbinformation in ein Protein. Das ist neu, denn bisher dachten Forscher, dass diese quasi wie von Geisterhand sich selbst organisieren.

Arbeiten die Maschinenbauer nicht richtig, könnte dies eine Quelle für Fehlfunktionen und damit Ursache vieler Erkrankungen sein. Gezeigt haben das die Würzburger Wissenschaftler bereits für die Spinale Muskelatrophie. Wie die Maschinenbauer eines so genannten RNA-Proteinkomplexes arbeiten, beschreiben die Forscher um Utz Fischer vom Biozentrum der Universität Würzburg und Holger Stark vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie jetzt in der renommierten Zeitschrift "Cell".

In der Zelle sind Maschinenbauer am Werk

In unseren Zellen läuft eine Vielzahl von Prozessen ab, die wie in einer großen Fabrik von vielen verschiedenen Maschinen verrichtet wird. Da diese Maschinen in der Regel nur wenige Millionstel Millimeter im Durchmesser groß sind, nennt man sie auch "Molekulare Maschinen". Ähnlich der von Menschenhand gebauten Maschinen sind sie oft sehr komplex aufgebaut, statt aus Metall oder Plastik bestehen sie aus Proteinen oder Nukleinsäuren (DNA und RNA). Deshalb war es auch kaum zu glauben, dass sich diese hoch komplexen Maschinen spontan zusammenlagern sollten - wie dies einige Forscher behaupteten. "Diese Annahme ist jetzt eindeutig widerlegt. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zelle ähnlich vorgeht wie wir es von der Konstruktion einer Maschine in einer Fabrik kennen. Richtige Maschinenbauer sind da am Werk", so Utz Fischer.

Proteine arbeiten nach einem vorgegebenen Bauplan

Fischer und sein Forscherteam untersuchten hierzu den Aufbau von RNA-Proteinkomplexen des Spleißosoms. Hierbei handelt es sich um eine enorm komplexe molekulare Maschine; ihre Aufgabe ist es, das Umschreiben der Erbinformation in Proteine zu kontrollieren. Fischers Mitarbeiter fanden eine Gruppe von Proteinen, die nicht beim Umschreiben, also dem Prozess selbst, sehr wohl aber in der Aufbauphase eine Rolle spielten. "Es lag nahe zu vermuten, dass diese Proteine als Zusammenlagerungsgehilfen agieren", so Fischer. Die Art und Weise, wie sie das machen, war überraschend: "Der Aufbau gleicht einem komplizierten Puzzle, dessen Lösung nur durch das Zusammenarbeiten von unterschiedlichen Proteinen möglich wird, die als Zulieferer und Monteure wirken", erklärt Fischer.

Zunächst werden Gruppen von Proteinen vorgefertigt, die auch im vollendeten RNA-Proteinkomplex dicht beieinander platziert werden müssen. Diesen Job verrichtet ein Helfer, der als Zulieferer agiert und die korrekte Bildung der Proteine sowohl zeitlich als auch räumlich überwacht. In der Fachsprache werden derartige Helfer "Chaperone", also Anstandsdamen, genannt. Die vorgefertigten Untereinheiten werden dann an den eigentlichen Monteur, den sogenannten SMN-Komplex, übergeben. Dieser fügt die Proteine mit der RNA zu einem funktionierenden Ganzen zusammen. "Der Aufbau dieser Partikel erfolgt also nach einem vorgegebenen Bauplan, wobei sowohl Zulieferer als auch Monteure das Voranschreiten ständig einer Qualitätskontrolle unterziehen", so Ashwin Chari, der die Studie experimentell leitete und durchführte.

Fehlerhafte Maschinen führen zu schweren Krankheiten

Funktioniert dieses System des Zusammenbauens nicht mehr, können Krankheiten die Folge sein. Ein Beispiel ist die Spinale Muskelatrophie (SMA). In den Zellen der Betroffenen schaffen es die Helfer nicht, Maschinen in ausreichender Zahl zu produzieren. Deshalb fehlt es an den wichtigen RNA-Proteinkomplexen. Bei den Erkrankten sterben die Nervenzellen im Rückenmark; schwerste Lähmungen und Tod sind die Folge.

Ashwin Chari, Monika M. Golas, Michael Klingenhäger, Nils Neuenkirchen, Bjoern Sander, Clemens Englbrecht, Albert Sickmann, Holger Stark, and Utz Fischer (2008), An Assembly Chaperone Collaborates with the SMN Complex to Generate Spliceosomal SnRNP. Cell, DOI 10.1016/j.cell.2008.09.020

Kontakt:
Tel.: +49 931 888-4029,
E-Mail: utz.fischer@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.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