Wo die Produktion der Protein-Fabriken beginnt

Proteine sind für alle Lebewesen enorm wichtig. Sie dienen als Baustoffe, verdauen die Nahrung, schützen den Organismus vor Bakterien und tun noch Vieles mehr. Die für alle Lebensvorgänge unersetzlichen Protein-Fabriken in den Zellen heißen Ribosomen. Sie sehen aus wie winzig kleine Körner und bestehen aus RNA-Molekülen sowie aus etwa 80 verschiedenen Proteinen.

Eine einzige Körperzelle des Menschen enthält rund zehn Millionen Ribosomen, welche die unterschiedlichsten Proteine synthetisieren. Hochbetrieb ist nach jeder Zellteilung angesagt: Die rasch wachsenden Tochterzellen müssen mit dem notwendigen Vorrat an Ribosomen versorgt werden. Dazu hat die Zelle pro Sekunde etwa 100 Ribosomen herzustellen. Die Produktion erfolgt im so genannten Kernkörperchen oder Nukleolus, einer bereits im Lichtmikroskop deutlich erkennbaren Struktur des Zellkerns.

Die Zellbiologen Tim Krüger und Ulrich Scheer vom Würzburger Lehrstuhl für Zell- und Entwicklungsbiologie haben herausgefunden, wo genau der Zusammenbau der Ribosomen innerhalb des Kernkörperchens beginnt. Damit sind sie ihrem Ziel, dessen funktionelle Architektur zu verstehen und mit den molekularen Abläufen der Ribosomen-Produktion in Verbindung zu setzen, einen entscheidenden Schritt nähergekommen. Den Forschern zufolge lässt sich die Herstellung der Ribosomen mit einer Fließbandproduktion vergleichen: Der Anfang des Fließbands liegt tief im Inneren, sein Ende am Rand des Kernkörperchens. Die fertigen Produkte werden dann schnell aus dem Zellkern hinausgeschleust, damit sie umgehend mit der Protein-Produktion beginnen können.

„An welcher Stelle des Fließbands der eigentliche Zusammenbau der Ribosomen aus RNA und Proteinen beginnt, war bislang umstritten“, sagt Scheer. Die Würzburger Forscher haben jetzt gezeigt, dass dies in fest umrissenen Randbereichen des Kernkörperchens passiert, die durch eine körnige Struktur gekennzeichnet sind. Dazu koppelten sie verschiedene ribosomale Proteine mit fluoreszierenden Proteinen. Dann verfolgten sie die Verteilung und das dynamische Verhalten der mit Leuchtmarker gekennzeichneten Proteine in lebenden menschlichen Zellen mit Hilfe der hoch auflösenden konfokalen Laserscanning-Mikroskopie. Zudem untersuchten sie die räumliche Verteilung von ribosomalen Proteinen innerhalb des Nukleolus mit Hilfe der Immungold-Elektronenmikroskopie. Den hierfür nötigen Antikörper entwickelten sie in Kollaboration mit Wissenschaftlern vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Ulrich Scheer, T (0931) 888-4251, scheer@biozentrum.uni-wuerzburg.de

„Intranucleolar sites of ribosome biogenesis defined by the localization of early binding ribosomal proteins“, Tim Krüger, Hanswalter Zentgraf, Ulrich Scheer, Journal of Cell Biology 2007, 177 (4), Seiten 573-578.