Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Protein zeigt Improvisationstalent

18.04.2008
Ungewöhnlicher Regulationsmechanismus bei der Ausbildung von Kontaktstellen zwischen Nervenzellen

Statt Funk und Kabel sind bei der Signalübertragung in lebenden Zellen eine Vielzahl von Proteinen beteiligt.


Ein Protein mit zwei Funktionen: Durch einen geschickten Trick kompensiert die CASK-Kinase ihre geringe Aktivität. Ein Teil des Proteins rekrutiert aktiv Neurexin-Proteine und platziert diese in unmittelbare Nähe zur Kinase. Wahl / MPIbpc

Damit Signale richtig weitergeleitet und interpretiert werden, müssen die Aktivitäten dieser Proteine genau aufeinander abgestimmt sein. Für ihre richtige Steuerung sorgt ein ausgeklügeltes Kontrollsystem, in dem so genannte Proteinkinasen eine Schlüsselrolle spielen. Wie ein internationales Wissenschaftlerteam aus Dallas (USA), Göttingen und Hamburg nun herausgefunden hat, ist eine Kinase dabei offensichtlich Meister im Improvisieren.

Während alle bisher bekannten Kinasen nur mit Hilfe von Magnesium funktionieren können, hat die Pseudokinase CASK einen Trick gefunden, mit dem sie auf Magnesium ganz verzichten kann. Während der frühen Entwicklung des Nervensystems scheint sie direkt an der Ausbildung von Kontaktstellen zwischen Nervenzellen - den Synapsen - beteiligt zu sein. Pseudokinasen wie CASK galten bisher als inaktiv. Zumindest einige von ihnen dürften in der Vergangenheit zu Unrecht als nutzlos abgestempelt worden sein. (Cell, Vol. 133, 18. April 2008).

... mehr zu:
»CASK »Kinase »Nervenzelle »Protein »Pseudokinase

Was tun, wenn? Nicht nur wir Menschen müssen uns ständig auf neue Situationen in unserer Umgebung einstellen und darauf reagieren.

Auch lebende Zellen empfangen eine Vielzahl von Signalen, die sie richtig weiterleiten und verarbeiten müssen. Häufig werden die Zellen angeregt, zu wachsen oder sich zu teilen, einen Entwicklungsprozess zu starten oder eine Immunantwort auszulösen. Dazu müssen zahlreiche Akteure innerhalb der Zelle - die Proteine - genau aufeinander abgestimmt zusammenarbeiten. Dass sie zur richtigen Zeit und am richtigen Ort funktionieren, dafür sorgt ein komplexes Steuerungssystem. Dabei übernehmen Proteinkinasen einen entscheidenden Part. Bis zu knapp 500 verschiedene Kinasen gibt es in einer Zelle, die jeweils bestimmte Proteine regulieren. Sie aktivieren oder hemmen Proteine, lotsen sie an bestimmte Orte in der Zelle oder blockieren ihre Wechselwirkung mit anderen Zellmolekülen. Die entsprechenden Anweisungen übermitteln Kinasen, indem sie Proteinen einen Phosphatrest anheften.

Der zugrundeliegende Reaktionsmechanismus scheint dabei bei allen Kinasen der gleiche zu sein. Mit Hilfe von Magnesium binden Kinasen ein ATP-Molekül und spalten davon einen Phosphatrest ab, den sie nachfolgend auf Proteine übertragen. Einigen wenigen Kinasen fehlt jedoch die Fähigkeit, das für die Reaktion notwendige Magnesium zu binden. Als so genannte Pseudokinasen wurden sie bisher wenig beachtet. Völlig zu unrecht, wie nun ein internationales Wissenschaftler-Team von der University of Texas (Dallas, USA), des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie (Göttingen) und des Deutschen Elektronen Synchrotrons (Hamburg) zeigt.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass in der frühen Entwicklung des Nervensystems auch eine Pseudokinase aktiv zu sein scheint: das CASK-Protein. Die Pseudokinase wechselwirkt direkt mit dem Protein Neurexin, das für die Ausbildung der Synapsen zwischen Nervenzellen wichtig ist. Entfernt man bei Mäusen die CASK-Kinase, so sterben die Tiere bereits kurz nach der Geburt. Menschen bleiben ohne CASK in ihrer geistigen Entwicklung deutlich zurück und ihre Sehfähigkeit verkümmert. "Allerdings kann CASK kein Magnesium binden und ohne Magnesium funktionieren Kinasen nicht. Das passte für uns einfach nicht zusammen" erläutert Neurobiologe Konark Mukherjee, einer der Projektleiter. Daher bildeten die Forscher die Reaktion Schritt für Schritt im Reagenzglas nach. Dabei übertrug CASK ganz ohne Magnesium Phosphatreste auf Neurexin. Zugabe von Magnesium blockierte die Kinase sogar. Doch funktioniert die Pseudokinase auch in der Zelle? Tatsächlich konnten Mukherjee und seine Forscherkollegen die gleiche Kinase-Reaktion auch in lebenden Nervenzellen von Ratten nachweisen. Dass das Protein bei seinem Reaktionsmechanismus derart "improvisiert", hat biologisch durchaus seinen Sinn. "Zum Zeitpunkt der Synapsenbildung ist in der Nervenzelle nahezu kein Magnesium vorhanden. Magnesiumabhängige Kinasen wären unter diesen Bedingungen schlicht nicht funktionsfähig", sagt Mukherjee.

Ein Protein - zwei Funktionen
Die spannende Frage für die Wissenschaftler ist nun, wie eine Kinase auch ohne Magnesium funktionieren kann. Um diesen Mechanismus besser zu verstehen, arbeiteten Neurobiologen eng mit Strukturbiologen zusammen. Mit Hilfe der Röntgenkristallographie gelang es den Wissenschaftlern, die Struktur der CASK aufzuklären. "Anders als magnesiumabhängige Kinasen ist CASK praktisch ständig aktiv. Allerdings ist sie im Vergleich zu magnesiumabhängigen Kinasen sehr viel langsamer", fasst Markus Wahl vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie die neuen Erkenntnisse zusammen. Die geringe Aktivität kompensiert das Protein zumindest teilweise durch einen geschickten Trick: Neben der Kinase besitzt das Protein eine weitere Untereinheit, die aktiv Neurexin-Proteine rekrutiert und damit der Pseudokinase direkt zuarbeitet. "So kann die Kinase längere Zeit mit Neurexin-Proteinen wechselwirken und sie mit Phosphat versehen, obwohl sie langsam ist", erklärt Markus Wahl. Die Ergebnisse zeigen, dass der Reaktionsmechanismus von Kinasen facettenreicher ist als bisher angenommen. Auch andere Pseudokinasen, denen typische Eigenschaften von Kinasen fehlen, könnten sich zukünftig als "Spezialisten" entpuppen, die dort aktiv sind, wo normale Kinasen ihren Dienst versagen.
Kontakt:
Dr. Markus Wahl,
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie,
Tel. +49 551 201-1046,
Fax +49 551 201-1197,
E-Mail: mwahl@gwdg.de
Dr. Carmen Rotte, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie,
Tel. +49 551 201-1304,
Fax +49 551 201-1151,
E-Mail: pr@mpibpc.mpg.de

Dr. Carmen Rotte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/wahl/
http://www.utsouthwestern.edu/utsw/cda/dept120915/files/144559.html
http://www.mpibpc.mpg.de/

Weitere Berichte zu: CASK Kinase Nervenzelle Protein Pseudokinase

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chlamydien: Gierig nach Glutamin
03.08.2020 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Arzneimittelforschung: Erste rationale Strategie für die Entdeckung von „Molecular Glue Degraders“
03.08.2020 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

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: Künstliche Intelligenz & Einzelzellgenomik: Neue Software sagt das Schicksal einer Zelle vorher

Die Erforschung der Zelldynamik ermöglicht einen tieferen Einblick in die Entstehung und Entwicklung von Zellen sowie ein besseres Verständnis von Krankheitsverläufen. Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) haben „scVelo“ entwickelt – eine auf maschinellem Lernen basierende Methode und Open-Source-Software, welche die Dynamik der Genaktivität in einzelnen Zellen prognostizieren kann. Damit können die Forscher den künftigen Zustand einzelner Zellen vorhersagen.

Herkömmliche Verfahren für die Einzelzellsequenzierung erlauben es, Erkenntnisse über Unterschiede und Funktionen auf zellulärer Ebene zu gewinnen - allerdings...

Im Focus: Perseiden: Die Sternschnuppen-Sommernächte im August

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg -In diesem Jahr wird der Sternschnuppenstrom der Perseiden am Vormittag des 12. August seinen Höhepunkt erreichen. In den Nächten vom 11. auf den 12. und vom 12. auf den 13. August geht der Mond nach Mitternacht auf, so dass die späten Abendstunden nicht vom Mondlicht aufgehellt werden - ideal um nach den Perseiden Ausschau zu halten. Man blickt dazu in Richtung Osten, wo das Sternbild Perseus aufgeht, nach dem diese Sternschnuppen benannt wurden.

Der Hochsommer ist die Zeit der Sternschnuppen: Schon ab Mitte bis Ende Juli tauchen die ersten Sternschnuppen der Perseiden am Himmel auf, die aus dem dem...

Im Focus: Mit dem Lego-Prinzip gegen das Virus

HZDR-Wissenschaftler*innen erhalten millionenschwere Förderung für Corona-Forschung

Um die Corona-Pandemie zu bewältigen, stattet der Freistaat Sachsen ein Forschungsteam um Prof. Michael Bachmann vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf...

Im Focus: Im Einsatz für eine Welt ohne Narben

Hinter jeder Narbe steht eine Geschichte. Manchmal ist diese mit einer dramatischen Erfahrung verbunden: schwere Verletzungen, Operationen oder chronische Erkrankungen. Wenn es nach Dr. Yuval Rinkevich ginge, würden wir anstelle von Narben vielmehr über Regeneration sprechen, also der spurenlosen Wundheilung. Damit dies eines Tages Wirklichkeit wird, untersucht Rinkevich mit seinem Team am Helmholtz Zentrum München jeden einzelnen Aspekt der Wundheilung von Säugetieren, beginnend beim Embryo bis hin zum hohen Erwachsenenalter. Yuval Rinkevich erklärt, wie er sich eine Welt ohne Narben vorstellt.

Narben gehören zum natürlichen Wundheilunsgprozess des Körpers nach einer Verletzung. Warum wollen wir sie vermeiden?

Im Focus: TU Graz Forschende modellieren Nanopartikel nach Maß

Sogenannte Core-Shell-Cluster ebnen den Weg für neue effiziente Nanomaterialien, die Katalysatoren, Magnet- und Lasersensoren oder Messgeräte zum Aufspüren von elektromagnetischer Strahlung effizienter machen.

Ob bei innovativen Baustoffen, leistungsfähigeren Computerchips, bei Medikamenten oder im Bereich erneuerbarer Energien: Nanopartikel als kleinste Bausteine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

Städte als zukünftige Orte der Nahrungsmittelproduktion?

29.07.2020 | Veranstaltungen

»Conference on Laser Polishing – LaP 2020«: Der letzte Schliff für Oberflächen

23.07.2020 | Veranstaltungen

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

Chlamydien: Gierig nach Glutamin

03.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Arzneimittelforschung: Erste rationale Strategie für die Entdeckung von „Molecular Glue Degraders“

03.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Atome beim Fotoshooting

03.08.2020 | Physik Astronomie

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