Weiter auf den Spuren der zellulären Sortiermaschine …

Professor Irmgard Sinning leitet am Biochemie-Zentrum der Universität Heidelberg (BZH) die Abteilung Strukturbiologie, die sich mit molekularen Maschinen der Proteinsortierung beschäftigt, und ist seit 2006 Geschäftsführende Direktorin des BZH. Proteintargeting – das ist der zielgerichtete Transport von zellulären Proteinen, die in oder durch Membranen geschleust werden müssen, um an ihren Bestimmungsort zu gelangen.

Dieser Prozess ist für alle Zellen lebensnotwendig, da die Mehrzahl der Proteine einer Zelle nach ihrer Synthese (Herstellung) an einen anderen Bestimmungsort gebracht werden müssen. Eine komplexe Maschinerie in der Zelle sorgt für die richtige Sortierung. Dazu tragen Proteine eine Signalsequenz (eine Art Postleitzahl), die von der Sortier- und Transportmaschinerie erkannt wird.

Wie in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science berichtet, konnte Prof. Sinning jetzt die Röntgenstruktur eines Schlüssel-Komplexes der Membranproteinsortierung lösen. Zusammen mit ihrem Team am Biochemie-Zentrum der Universität Heidelberg sowie Forschern der University of Warwick, Coventry, UK wurde dieser Komplex biochemisch untersucht.

In Pflanzen steht mit den Chloroplasten ein weiteres Organell (Kompartiment) für die Proteinlokalisierung zur Verfügung. In den Chloroplasten findet die Photosynthese statt, ein Prozess, bei dem der für uns lebensnotwendige Sauerstoff gebildet wird. Bei der Photosynthese wird die Energie des Sonnenlichts eingefangen und in chemische Energie umgewandelt. Die Chloroplasten sind also die Solarzellen der Pflanzen. Die Lichtfänger (light harvesting complexes, LHCs) sind Membranproteine, die im Zytosol gebildet werden und nach ihrem Import in die Chloroplasten für ihren Einbau in die Membran vorbereitet werden müssen. Dazu wird ein transit complex gebildet, der aus dem LHC und der Sortiermaschine (dem signal recognition particle, SRP) besteht. Das besondere an der Sortiermaschine der Chloroplasten ist, dass sie die LHC-Membranproteine durch die Rekrutierung eines einzigartigen Proteinfaktors, dem cpSRP43, hochspezifisch erkennt.

„Unser Ziel ist es, die gesamte Proteinsortierung auf struktureller und biochemischer Ebene in Bakterien und höheren Organismen zu verstehen“, so Sinning. „Deshalb untersuchen wir die komplexen molekularen Maschinen, die an diesem Prozess beteiligt sind.“ In vorangegangenen Arbeiten konnte sie die Strukturen einiger an der Proteinsortierung beteiligter Komplexe aufklären. In der jetzt vorliegenden Arbeit zeigen sie und ihr Team, wie die spezifische Erkennung des Membranprotein-Substrates durch die Sortiermaschine erfolgt. Der transit complex besteht aus dem LHC Membranprotein und Chloroplasten signal recognition particle (cpSRP). Die Arbeit zeigt, dass in den Chloroplasten im transit complex eine Signalsequenz im LHC-Membranprotein hochspezifisch ausgelesen wird. Ein DPLG (Asp-Pro-Leu-Gly)-Peptid legt sich wie eine Schlaufe um einen Haken auf der Oberfläche des cpSRP43-Proteins und bindet dabei in eine Furche der Sortiermaschine. Der Einbau des LHC-Membranproteins in seine Bestimmungsmembran kann bereits durch kleine Änderungen der Furche oder der Proteinschlaufe verhindert werden.

Für den vollständigen Einbau in die Membran werden dann in weiteren Schritten andere Teile der Sortiermaschine verwendet, die auch an der klassischen Proteintranslokation im Zytosol beteiligt sind. Fraglich ist jetzt noch, welchen Anteil die einzelnen Transmembran-Segmente der Lichtsammlerproteine an der Bildung des Transit-Komplexes haben und wie der Einbau in die Membran erfolgt.

Publikation:
„Structural Basis for specific substrate recognition by the chloroplast signal recognition particle protein cpSRP43“ by K. Stengel, I. Holdermann, P. Cain, C. Robinson, K. Wild and I. Sinning, Science, 11. July 2008.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Irmgard Sinning
Universität Heidelberg
Biochemie-Zentrum Heidelberg (BZH)
Tel. 06221 54 4781, Fax 544790
Irmi.Sinning@bzh.uni-heidelberg.de
Prof. Colin Robinson
Department of Biological Sciences
University of Warwick, UK
Tel. +44 (0)2476 523557, Fax +44 (0)2476 523568
Colin.Robinson@warwick.ac.uk
Allgemeine Rückfragen von Journalisten auch an:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
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