Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Am Gaspedal des Stoffwechsels

08.07.2014

Gesundheit und Wohlbefinden hängen entscheidend davon ab, dass der Haushalt der Schilddrüsenhormone nicht aus dem Gleichgewicht gerät.

Forschungsgruppen an den Universitäten Bayreuth und Bonn haben nun in Kooperation mit der Charité-Universitätsmedizin Berlin die Struktur und den Mechanismus eines wichtigen Enzyms entschlüsselt, mit dem die Körperzellen ihren Schilddrüsenhormonspiegel steuern. Die Ergebnisse werden online in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) vorgestellt.


Das Enzym Dejodase (grün) und das Hormon Thyroxin (gelb) mit seinen vier Jod-Atomen (violett), wovon eines im Verlauf der Reaktion spezifisch entfernt wird.

(c) Grafik: Clemens Steegborn/Universität Bayreuth

Bei einer Schilddrüsen-Unterfunktion läuft der Stoffwechsel langsamer ab als normal, Betroffene fühlen sich schlapp. Bei Kindern kann dies auch zu geistiger Behinderung und Verzögerungen der körperlichen Entwicklung führen. Wird dagegen zu viel vom Schilddrüsenhormon Thyroxin produziert, kommt es zu Herzrasen, vermehrtem Schwitzen, Nervosität und Gewichtsverlust. „Bei Erwachsenen ist das Schilddrüsenhormon das Gaspedal des Stoffwechsels“, erklärt Prof. Dr. Ulrich Schweizer vom Institut für Biochemie und Molekularbiologie des Universitätsklinikums Bonn.

Wenn die Schilddrüse das Hormon Thyroxin produziert, braucht sie Jod. Thyroxin enthält vier Jod-Atome und wird deshalb auch T4 genannt. Es ist jedoch nicht das eigentlich aktive Hormon, sondern ein Vorläufer. „Die Zellen des Körpers haben die Möglichkeit, sich ihren Schilddrüsenhormonspiegel selbst maßzuschneidern“, erläutert Prof. Schweizer.

Dabei kommen spezielle Enzyme – so genannte Dejodasen – zum Einsatz. Indem sie aus dem Thyroxin ein bestimmtes Jod-Atom entfernen und dadurch T4 in T3 umwandeln, aktivieren sie das Hormon. Die gleichen Enzyme übernehmen aber auch eine deaktivierende Funktion, indem sie aus T3 oder T4 ein anderes Jodatom herausnehmen. Auf diese Weise können die Dejodasen den gesamten Stoffwechsel sowohl beschleunigen als auch „abbremsen“.

Erstmals entschlüsselt: Struktur und Mechanismus des Enzyms

„Seit mehr als 30 Jahren haben Biochemiker und Endokrinologen herauszufinden versucht, wie die Dejodasen genau arbeiten. Doch erst mit den strukturbiologischen Analysen, die wir hier in Bayreuth durchgeführt haben, ist ein wegweisender Durchbruch gelungen“, berichtet Prof. Dr. Clemens Steegborn, der an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Biochemie leitet. Hier konnte die Struktur der Dejodase3 entschlüsselt werden. Gemeinsam mit Biochemikern des Universitätsklinikums Bonn und in Kooperation mit der Charité-Universitätsmedizin Berlin wurde dann aufbauend auf der Strukturinformation der Mechanismus des Enzyms aufgeklärt. Dabei stellte sich heraus, dass es Ähnlichkeiten zur Funktionsweise einer anderen Enzymfamilie gibt – nämlich der Peroxiredoxine, die schädliche Sauerstoffverbindungen abbauen helfen und an der Abwehr von oxidativem Stress beteiligt sind.

Dejodasen setzen zwar völlig andere Substanzen um, sind aber strukturell ähnlich zu Peroxiredoxinen und verwenden einen sehr ähnlichen Reaktionsmechanismus. Peroxiredoxine sind eine weit verbreitete und evolutionsbiologisch alte Enzymfamilie, aus der die Dejodasen offenbar hervorgegangen sind. Passend dazu haben die Forscher des Universitätsklinikums Bonn außerdem ein weiteres Rätsel gelöst: Sie haben gezeigt, dass Dejodasen durch kleine Redoxproteine wie Thioredoxin und Glutaredoxin wieder regeneriert werden.

Ansatzpunkte für neue Therapien

Die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung bergen auch Ansatzpunkte für neue Therapien. „Vor allem die Schilddrüsen-Überfunktion ist schwierig zu therapieren, wenn zum Beispiel Antikörper die Drüse zu exzessiver Hormonfreisetzung anregen“, sagt Prof. Schweizer. Hier könnten mit entsprechenden Wirkstoffen die aktivierenden Dejodasen gebremst werden. „Die Struktur und der Mechanismus der Dejodasen können jetzt genutzt werden, um viel gezielter passende Hemmstoffe für Therapien zu entwickeln“, ergänzt Prof. Steegborn.

Publikation: Ulrich Schweizer, Christine Schlicker, Doreen Braun, Josef Köhrle, and Clemens Steegborn: Crystal Structure of Mammalian Selenocysteine-Dependent Iodothyronine Deiodinase Suggests a Peroxiredoxin-like Catalytic Mechanism, PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1323873111

Kontakt:

Prof. Dr. Ulrich Schweizer
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
des Universitätsklinikums Bonn
Tel. +49 (0) 228 73 4444
E-Mail: uschweiz@uni-bonn.de

Prof. Dr. Clemens Steegborn
Lehrstuhl für Biochemie
Universität Bayreuth
Tel. +49 (0)921 55 7830
E-Mail: clemens.steegborn@uni-bayreuth.de

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Titandioxid-Nanopartikel können Darmentzündungen verstärken
19.07.2017 | Universität Zürich

nachricht Künftige Therapie gegen Frühgeburten?
19.07.2017 | Universitätsspital Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie