Sterbehelfer in der Zelle

Max-Planck-Forscher klären auf, wie überflüssige Proteine durch Transportmoleküle zur Abbaumaschinerie der Zelle geleitet werden

Zellen verfügen über eine effiziente Maschinerie, die den schnellen Abbau von Proteinen gewährleistet. Bei diesem so genannten Ubiquitin-Proteasom-System werden überflüssige Proteine zunächst durch eine Markierung mit dem kleinen Protein Ubiquitin gekennzeichnet, bevor sie im Proteasom, dem Protein-Schredder der Zelle, abgebaut werden. Fehler in diesem Abbauprogramm können Ursachen für diverse Krankheiten sein oder eine Missregulation von zellulären Prozessen nach sich ziehen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biochemie haben nun herausgefunden, wie Proteine, die für den Abbau mit Ubiquitin markiert sind, zum Proteasom gelangen. Die Zellbiologen um Professor Stefan Jentsch veröffentlichen ihre Ergebnisse jetzt in der Fachzeitschrift Cell (Cell, 14. Januar 2005).

In ihren Doktorarbeiten konnten Holger Richly und Michael Rape zusammen mit ihren Kollegen Sigurd Braun, Sebastian Rumpf und Carsten Hoege zeigen, dass Proteine, die mit Ubiquitin markiert sind, mit Hilfe hintereinander wirkender Transporter-Proteine zum Proteasom gelangen. Eine zentrale Rolle übernimmt hierbei Cdc48, ein lebensnotwendiges Protein, das aus sechs identischen Untereinheiten eine ringförmige Struktur ausbildet. Es arbeitet als molekularer Motor bei der Auflösung von Komplexen, die aus verschiedenen Proteinen bestehen. Zunächst scheint Cdc48 – gemeinsam mit seinen Hilfsproteinen Ufd1 und Npl4 – gezielt Proteine, die mit Ubiquitin markiert sind, aus Protein-Komplexen herauszulösen. In einem zweiten Schritt wird dann das isolierte Protein mit weiteren Ubiquitin-Molekülen verknüpft, so dass eine perlschnurartige Multi-Ubiquitinkette entsteht. Im letzten Schritt wird dieses so modifizierte Protein von Rad23, einem weiteren Transportprotein, erkannt und zum Proteasom geleitet.

Die Forscher fanden ferner, dass nur Multi-Ubiquitinketten optimaler Länge hergestellt werden und die Bildung von zu langen Ketten verhindert wird. Die besondere wichtige neue Erkenntnis ist, dass Proteine nicht frei zum Proteasom gelangen, sondern von speziellen „Escort-Faktoren“ zum Proteasom begleitet werden. In der Hefe, die den Wissenschaftlern als Modellorganismus diente, übernimmt der aufgeklärte Abbauweg eine lebenswichtige regulative Aufgabe indem er für die Bereitstellung von ungesättigten Fettsäuren in der Zelle sorgt.

Originalveröffentlichung:

Holger Richly, Michael Rape, Sigurd Braun, Sebastian Rumpf, Carsten Hoege, Stefan Jentsch
A Series of Ubiquitin Binding Factors Connects CDC48/p97 to Substrate Multiubiquitylation and Proteasomal Targeting Cell 120, 73-84, 14 January 2005

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Dr. Stefan Jentsch
Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried
Tel.: 089 8578-3000
Fax: 089 8578-3011
E-Mail: jentsch@biochem.mpg.de