Giftmüllentsorgung in der Zelle: Defekte Moleküle bedrohen die Gesundheit

Bricht auch nur eine Lötstelle auf der Platine eines Computers, versagt oft das ganze System – der Computer funktioniert nicht mehr. Bei der Produktion hochwertiger, komplexer elektronischer Geräte muss daher eine sehr genaue Qualitätskontrolle stattfinden, um solche Defekte zu vermeiden.

In einer menschlichen Zelle, die noch wesentlich komplexer ist, finden ebenfalls aufwendige Qualitätskontrollen statt, denn hier geht es schnell um Leben und Tod. Beim Aufbau, Umbau und Abbau von Zellstrukturen und Stoffwechselprodukten kommt es regelmäßig zu Fehlproduktionen. Defekte Moleküle entstehen und werden zum Problem, weil sie den Stoffwechsel stören und Krankheiten auslösen können. Will die Zelle gesund bleiben, muss sie deshalb die Produktionsprozesse permanent kontrollieren und defekte Strukturen schnell entsorgen oder reparieren.

In der hochrenommierten Fachzeitschrift Nature Chemical Biology hat die luxemburgische Wissenschaftlerin Dr. Carole Linster vom Luxembourg Centre for Systems Biomedicine an der Universität Luxemburg nun einen Übersichtsartikel mit dem Titel 'Metabolite damage and its repair or pre-emption' veröffentlicht, der alle bisher bekannten Reparaturmechanismen bei Stoffwechselprodukten der Zelle zusammenfasst. Ihre Ergebnisse hat die junge Forschungsgruppenleiterin in dieser Woche gemeinsam mit ihren Kollegen Emile Van Schaftingen (Louvain University) und Andrew D. Hanson (University of Florida, Gainesville) publiziert. Den Fokus haben Linster und ihre Kollegen auf kleine Moleküle im Stoffwechsel, dem Metabolismus, gelegt. Die Reparaturmechanismen der kleinen Moleküle sind im Unterschied zu denen der großen Molekülstrukturen wie DNA und Proteine weit weniger gut erforscht.

„Schadensbegrenzung im Metabolismus, also im Stoffwechsel, ist ein völlig neues Konzept“, sagt Carole Linster. Die traditionelle Sicht der Biochemiker habe den Metabolismus als eine Reihe von linearen Stoffwechselwegen definiert, die durch hochspezifische Enzyme ausgeführt werden, so die Biochemikerin: „Raum für Fehler schien es hier nie zu geben. Wir verstehen jetzt aber immer besser, dass der Metabolismus aus einem komplexen Netzwerk von Reaktionen besteht, welches auch zahlreiche Schad-Reaktionen und Reparatur-Mechanismen beinhaltet.“ Linster hofft, dass die Erkenntnisse der letzten Jahre nun endlich zu einem Paradigmenwechsel in der Biochemie führen werden.

Fast alle Moleküle der Zelle unterliegen dauernd schädigenden Einflüssen, und die sofortige Behebung dieser Schäden ist oft entscheidend für das Überleben der Zelle. Diese Form der „Giftmüllentsorgung“ muss daher seit Anbeginn des Lebens bestanden haben. Seit Jahrzehnten untersuchen Forscher die Entsorgungs- und Reparaturmechanismen, die Zellen im Laufe der Evolution entwickelt haben. Aber bis vor kurzem lag ihre Aufmerksamkeit auf den Reparatur-Mechanismen von großen Molekülen wie DNA und Proteinen. Die Reparaturmechanismen kleinerer Moleküle, der Metabolite, wurden bisher meist übersehen.

Dieses soll sich nun ändern, denn Fehler in den Reparaturmechanismen der kleinen Stoffwechselprodukte können ebenfalls schwere Erkrankungen auslösen. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse kann auch helfen, medizinisch relevante Prozesse in den Zellen zu identifizieren, die in Zukunft für Therapien in Frage kämen.