Charité Wissenschaftler entschlüsseln wichtige Struktur bei der Übertragung von Lichtsignalen

Sie konnten erstmals bei einem wichtigen Informationsträger im menschlichen Körper, dem Rezeptorprotein Rhodopsin, klären, wie ein solches Eiweiß beschaffen sein muss, um ein Lichtsignal aufnehmen zu können. Die Studie ist in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature* veröffentlicht.

Rhodopsin gehört zu den sogenannten G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Diese Proteine befinden sich in den Membranen, die jede lebende Zelle umhüllen. Sie verbinden die Zellen mit Signalen aus der Umwelt wie Licht, Düften und Geschmacksstoffen, aber auch mit Signalen aus dem Organismus, wie zum Beispiel Hormonen. Daher sind sie an fast allen physiologischen Vorgängen im Körper und so auch an den meisten Krankheiten beteiligt. Damit ein Rezeptor wie Rhodopsin eine Information aufnehmen kann, muss er das in einem molekularen Informationsträger – wie z. B. einem Hormon oder einer lichtempfindlichen „Antenne“ – codierte Signal aufnehmen.

Dies ist nur möglich, wenn der Rezeptor eine Bindungsstelle ausbildet, in die das Bindungsmolekül (der Ligand) passt. Der Forschungsgruppe ist es zum ersten Mal gelungen, den Lichtrezeptor Rhodopsin in seinem lichtaktivierten Zustand in einer stabilen Form zu halten und die Struktur aufzuklären. In diesem sogenannten Meta-Zustand bindet der Rezeptor das Retinal, einen Abkömmling des Vitamin A, in einer durch Licht umgewandelten Form. Damit erhält man nun Einblick in den Mechanismus der Wechselwirkung zwischen dem Rezeptor und seinem Liganden.

Dies bedeutet einen wesentlichen Fortschritt in der Aufklärung der Signalübertragung in die Zelle. „Man kann aus unserem Beispiel lernen, wie Signalübertragung von einem Liganden in ein Rezeptorprotein überhaupt vor sich gehen kann“, erklärt Prof. Hofmann, stellvertretender Direktor des Instituts für Medizinische Physik und Biophysik der Charité und Mitglied im Zentrum für Biophysik und Bioinformatik der Humbboldt-Universität. „Es gibt Grund zu der Annahme, dass die grundlegenden Vorgänge bei der Ligandenbindung für verschiedene Rezeptoren ähnlich sind. Natürlich hoffen wir auch, dass man für die Behandlung krankhafter Veränderungen der Signalübertragung vom Verständnis der zu Grunde liegenden Strukturen und Mechanismen profitieren wird.“

*Crystal structure of metarhodopsin II. Hui-Woog Choe, Yong Ju Kim, Jung Hee Park, Takefumi Morizumi, Emil F. Pai, Norbert Krauß, Klaus Peter Hofmann, Patrick Scheerer & Oliver P. Ernst. Nature, Advanced Online Publication 9 March 2011, doi:10.1038/nature09789

Kontakt:
Prof. Klaus Peter Hofmann
Stellv. Direktor des Instituts für Medizinische Physik und Biophysik
Charité – Universitätsmedizin Berlin
t: +49 30 450 524 111
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