Proteinbiosynthese: Neuer "Stopp"-Faktor entdeckt

Einen „essentiellen“ zellulären Mechanismus, der an der Übersetzung genetischer Informationen in Proteine beteiligt ist, hat eine junge Forschergruppe um die Heisenberg-Stipendiatin Dr. Heike Krebber entdeckt. Heike Krebber ist Privatdozentin am Institut für Molekularbiologie und Tumorforschung (IMT) der Philipps-Universität Marburg. Unter dem Titel „The DEAD-box RNA helicase Dbp5 functions in translation termination“ wird die Arbeit am 2. Februar 2007 im internationalen Fachjournal Science veröffentlicht.

Die Arbeit ihres Doktoranden Thomas Groß, der von drei weiteren Doktorandinnen aus Krebbers Labor – Anja Siepmann, Dorotheé Sturm und Merle Windgassen – unterstützt wurde, führte zu der Entdeckung eines neuen Faktors, der wichtig für die Beendigung der Proteinherstellung in der Zelle ist. Auch die Kooperationspartner John J. Scarcelli und Professor Charles N. Cole, beide von der Dartmouth Medical School in Hanover im US-amerikanischen Bundesstaat New Hampshire, sowie Privatdozent Dr. Matthias Seedorf vom Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg unterstützten Krebbers Arbeit.

„Die RNA-Helikase Dbp5“, so Krebber, „sorgt neben zwei bereits bekannten Faktoren entscheidend dafür, dass tatsächlich eine korrekte Übersetzung genetischer Informationen in Proteine erfolgt.“ Dieser für die Zellfunktion unerlässliche Vorgang hat auch deshalb große Bedeutung, weil Übersetzungsfehler unter Umständen die Produktion von defekten Proteinen zur Folge haben. Diese wiederum können für die Zellen gefährlich sein und auch Krankheiten hervorrufen.

Bisher dachte man, dass die „DEAD-box RNA helicase 5“ (Dbp5) lediglich eine Funktion beim Transport der Boten-RNA vom Zellkern in das Zytoplasma ausübt. Die Arbeiten der Gruppe um Krebber brachten nun die Erkenntnis, dass Dbp5 auch eine zentrale Rolle bei der Produktion von Proteinen spielt. Deren Baupläne werden im Zellkern als Boten-RNA hergestellt und im Zytoplasma von den Ribosomen, großen Proteinsyntheseapparaten, in Proteine übersetzt (translatiert). Ein entscheidender Schritt ist dabei der Moment der „Translationstermination“: Die Translation endet, wenn die Ribosomen auf eine besondere RNA-Sequenz stoßen, das so genannte Stopp-Codon. Erkannt wird das Stopp-Codon vom „eukaryotic Release Factor“ eRF1. Ein weiterer Faktor namens eRF3 ist dann dafür verantwortlich, dass das fertiggestellte Protein aus dem Ribosom freigegeben wird, sodass es seiner Funktion in der Zelle nachkommen kann.

„Neben eRF1 und eRF3 ist unseren Forschungsarbeiten zufolge aber auch die Helikase Dbp5 für die Erkennung des Stopp-Kodons verantwortlich“, erklärt Krebber. „Vereinfacht gesagt, gehen wir in unserem derzeitigen Arbeitsmodell davon aus, dass die Helikase die Funktion hat, eRF1 korrekt auf dem Stopp-Codon zu platzieren. Anschließend macht sie, indem sie sich selbst wieder aus dem Prozess entfernt, Platz für eRF3, sodass auch dieses seiner Funktion nachkommen und das fertige Protein freisetzen kann.“

Basis für die Arbeit von Krebber und ihrer Arbeitsgruppe ist das Modellsystem der Bäckerhefe, die wie auch menschliche und tierische Zellen zur Gruppe der Eukaryonten zählt, unter anderem also über einen Zellkern verfügt. „Im Gegensatz zu den höheren Eukaryonten kann die Hefe jedoch genetisch relativ leicht verändert werden“, so Krebber. Unter anderem lassen sich Hefen so manipulieren, dass sie – anders als etwa menschliche Zellen – nur über einen einfachen Gensatz verfügen. „Daher lassen sich die Auswirkungen von Mutationen direkt studieren, ohne dass eine zweite Genkopie dies verhindern könnte“, so Krebber.

Heike Krebber ist seit August 2006 Heisenberg-Stipendiatin der Deutschen Forschungsgemeinschaft und leitet am Marburger IMT eine unabhängige Nachwuchsgruppe. Sie ist Mitglied des Marburger Sonderforschungsbereichs „Mechanismen der zellulären Kompartimentierung und deren krankheitsrelevante Veränderungen“, der jüngst von der DFG mit weiteren 8,3 Millionen Euro gefördert wurde (siehe Pressemitteilung auf http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2006/20061219sfb593/20061219sfb593). Die Marburger Forscherin, die auch von der Manchot-Stiftung und der Stiftung P.E. Kempkes unterstützt wird und ihre Postdoktorandenzeit an der Harvard Medical School in Boston, USA verbracht hatte, ist für ihre Arbeit bereits vom „Fonds der Chemischen Industrie“ ausgezeichnet worden.

Kontakt
PD Dr. Heike Krebber: Philipps-Universität Marburg, Institut für Molekularbiologie und Tumorforschung (IMT), Emil-Mannkopff-Straße 2, 35037 Marburg, Tel.: (06421) 28 66773, E-Mail: krebber@imt.uni-marburg.de