Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie beschädigte Membranproteine in der Zelle abgebaut werden können

13.07.2012
Heidelberger Molekularbiologen können einen bislang unbekannten Abbau-Weg entschlüsseln

Einen bislang unbekannten Weg zum Abbau beschädigter Zellproteine haben Wissenschaftler des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH) entschlüsselt. Im Mittelpunkt der Forschungen stand eine spezielle Protease, also ein Enzym, das Bindungen innerhalb von Proteinen spaltet.


In höheren Zellen verbleiben fehlgefaltete Membranproteine im Endoplasmatischen Retikulum (ER). Das mikroskopische Bild zeigt ein beschädigtes Membranprotein (grün) und ein ER-Protein (rot). Wo beide Proteine gemeinsam vorkommen, ergibt sich eine gelbe Färbung.
Abbildungsnachweis: ZMBH


Die Rhomboid-Protease, die im ER vorkommt (blau), spaltet das fehlgefaltete Membranprotein (grün) innerhalb der Membran. Anschließend werden die Bestandteile ins Zytosol transportiert und dort durch das Ubiquitin-Proteasom-System weiter abgebaut.
Abbildungsnachweis: ZMBH

Diese Protease arbeitet an einem besonderen Ort – in der Zellmembran, in der Reaktionen, die Wasser benötigen, eigentlich nicht ablaufen können. Das Team von Dr. Marius Lemberg konnte nun zeigen, dass diese ungewöhnliche Protease bereits innerhalb der Membran beschädigte Proteine erkennt und abbaut. Die Forschungsergebnisse wurden als Online-Artikel in „Molecular Cell“ veröffentlicht.

Zu Beginn ihrer Untersuchungen an dieser besonderen Protease hatten die Forscher um Dr. Lemberg mit Hilfe von computergestützten Analysen vorhergesagt, dass dieses Enzym aktiv sein würde. In diesem Zusammenhang war jedoch vollkommen unklar, welche Moleküle von dieser Protease gespalten werden.

„Das vorhandene Wissen über Verwandte aus der sogenannten Rhomboid-Proteasefamilie konnte uns bei dieser Frage nicht weiterhelfen“, sagt Dr. Lemberg. Anders als alle anderen Rhomboid-Proteasen, die bisher untersucht wurden, befindet sich die neu entdeckte Protease im Endoplasmatischen Retikulum (ER), das heißt an dem Ort der Zelle, an dem neue Membranproteine hergestellt werden.

Der Durchbruch gelang den Wissenschaftlern durch die Beobachtung, dass die Rhomboid-Protease im ER zunehmend dann benötigt wird, wenn zellulärer Stress durch die Fehlfaltung von Proteinen entsteht. Proteine werden als lange Ketten von Aminosäuren hergestellt, die sich korrekt in eine dreidimensionale Struktur falten müssen, damit sie ihre Funktion erfüllen können. Insbesondere wenn sie sich anhäufen, können falsch gefaltete Proteine Zellen stark beschädigen und sind beispielsweise verantwortlich für die Entstehung von Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson.

„Wir konnten mit unseren Untersuchungen nachweisen, dass die Rhomboid-Protease im Endoplasmatischen Retikulum fehlerhafte Membranproteine innerhalb ihres Membranankers spaltet“, sagt Dr. Lemberg. Zudem konnten die Wissenschafter zeigen, dass die Protease direkt mit Molekülen des nachgeschalteten ERAD-Abbauweges zusammenarbeitet, um das fehlerhafte Protein zu beseitigen. Diese neuen Erkenntnisse bieten nach den Worten des Heidelberger Wissenschaftlers nun die Grundlage für ein molekulares Verständnis davon, wie für Membran¬proteine, die einen Großteil der zellulären Proteine ausmachen, der Abbau eingeleitet werden kann, ohne dass es zu wechselseitigen Behinderungen durch benachbarte Proteine kommt.

Die Nachwuchsgruppe von Dr. Lemberg ist Teil der DKFZ-ZMBH-Allianz – der strategischen Zusammenarbeit des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) und des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg – und gehört auch dem interdisziplinären Netzwerk AlternsfoRschung (NAR) der Ruperto Carola an. Die Gruppe wird von der Baden-Württemberg Stiftung gefördert.

Informationen im Internet sind unter
http://www.zmbh.uni-heidelberg.de/lemberg/default.shtml
zu finden.

Originalveröffentlichung:
Lina Fleig, Nina Bergbold, Priyanka Sahasrabudhe, Beate Geiger, Lejla Kaltak, Marius K. Lemberg: Ubiquitin-Dependent Intramembrane Rhomboid Protease Promotes ERAD of Membrane Proteins. Mol. Cell (July 12, 2012), doi: 10.1016/j.molcel.2012.06.008

Kontakt:
Dr. Marius Lemberg
Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg
DKFZ-ZMBH-Allianz
Telefon (06221) 54-5889
m.lemberg@zmbh-heidelberg.de
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de
http://www.zmbh.uni-heidelberg.de/lemberg/default.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht HD-Mikroskopie in Millisekunden
20.09.2019 | Universität Bielefeld

nachricht Alpenflora im Klimawandel: Pflanzen reagieren mit "Verspätung"
20.09.2019 | Universität Wien

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: 'Nanochains' could increase battery capacity, cut charging time

How long the battery of your phone or computer lasts depends on how many lithium ions can be stored in the battery's negative electrode material. If the battery runs out of these ions, it can't generate an electrical current to run a device and ultimately fails.

Materials with a higher lithium ion storage capacity are either too heavy or the wrong shape to replace graphite, the electrode material currently used in...

Im Focus: Nervenzellen feuern Hirntumorzellen zum Wachstum an

Heidelberger Wissenschaftler und Ärzte beschreiben aktuell im Fachjournal „Nature“, wie Nervenzellen des Gehirns mit aggressiven Glioblastomen in Verbindung treten und so das Tumorwachstum fördern / Mechanismus der Tumor-Aktivierung liefert Ansatzpunkte für klinische Studien

Nervenzellen geben ihre Signale über Synapsen – feine Zellausläufer mit Kontaktknöpfchen, die der nächsten Nervenzelle aufliegen – untereinander weiter....

Im Focus: Stevens team closes in on 'holy grail' of room temperature quantum computing chips

Photons interact on chip-based system with unprecedented efficiency

To process information, photons must interact. However, these tiny packets of light want nothing to do with each other, each passing by without altering the...

Im Focus: Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der Universität Hamburg und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hat eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten. Sie macht es bedeutend einfacher, enzymatische Reaktionen auszulösen, da hierzu ein Cocktail aus kleinen Flüssigkeitsmengen und Proteinkristallen angewandt wird. Ab dem Zeitpunkt des Mischens werden die Proteinstrukturen in definierten Abständen bestimmt. Mit der dadurch entstehenden Zeitraffersequenz können nun die Bewegungen der biologischen Moleküle abgebildet werden.

Die Funktionen von Biomolekülen werden nicht nur durch ihre molekularen Strukturen, sondern auch durch deren Veränderungen bestimmt. Mittels der...

Im Focus: Happy hour for time-resolved crystallography

Researchers from the Department of Atomically Resolved Dynamics of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg, the University of Hamburg and the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) outstation in the city have developed a new method to watch biomolecules at work. This method dramatically simplifies starting enzymatic reactions by mixing a cocktail of small amounts of liquids with protein crystals. Determination of the protein structures at different times after mixing can be assembled into a time-lapse sequence that shows the molecular foundations of biology.

The functions of biomolecules are determined by their motions and structural changes. Yet it is a formidable challenge to understand these dynamic motions.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

92. Neurologie-Kongress: Mehr als 6500 Neurologen in Stuttgart erwartet

20.09.2019 | Veranstaltungen

Frische Ideen zur Mobilität von morgen

20.09.2019 | Veranstaltungen

Thermodynamik – Energien der Zukunft

19.09.2019 | Veranstaltungen

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

Ferroelektrizität verbessert Perowskit-Solarzellen

20.09.2019 | Energie und Elektrotechnik

HD-Mikroskopie in Millisekunden

20.09.2019 | Biowissenschaften Chemie

Kinobilder aus lebenden Zellen: Forscherteam aus Jena und Bielefeld 
verbessert superauflösende Mikroskopie

20.09.2019 | Medizintechnik

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