Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Guten ins Töpfchen – die Schlechten ins Kröpfchen / Qualitätskontrolle in Muskelzellen

11.01.2011
Durch das korrekte Zusammenspiel von Acetylcholin mit dem Acetylcholin-Rezeptor (AChR) können Befehle von den Nerven auf unsere Muskeln übertragen und Kontraktionen ausgeführt werden. Wird dieses Zusammenspiel gestört, sind meist Krankheiten die Folge.

AChR ist ein hochkomplexes, aus mehreren Protein-Untereinheiten bestehendes Molekül. Da ein fehlerhafter oder unvollständiger Zusammenbau zu Funktionsverlust führen kann, unterliegt er sowohl bei der Synthese als auch beim Zusammenbau einer strikten Qualitätskontrolle. Spezielle Kontrollmechanismen gewährleisten, dass nur richtig zusammengebaute Rezeptoren an die Oberfläche der Zelle gelangen dürfen, während fehlerhafte zurückbehalten werden.


Mikroskopische Aufnahme der neuromuskulären Endplatten eines Bauchfellmuskels der Maus mit den zugehörigen Nervenfasern. Der nikotinische Acetylcholin-Rezeptor (nAChR) in den Endplatten ist rot gefärbt, die Nervenfasern grün. Foto: C. Kaether/FLI

Wissenschaftlern aus Jena und Karlsruhe ist es nun gelungen, eine wichtige Komponente dieser Qualitätssicherung im Muskel von Mäusen zu finden und seine Rolle bei der Kontrolle nachzuweisen; ein erster Schritt zum Verständnis dieser komplexen Prüfmechanismen.

Sollen Arme oder Beine bewegt werden, dann signalisieren Nervenzellen den Muskeln, sich zu kontrahieren. Diese Reizübertragung erfolgt an den motorischen Endplatten. Von den Nervenzellen wird der Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) freigesetzt, der anschließend an die Acetylcholin-Rezeptoren (nikotinische AChR), den „Antennen“ der Muskeln, bindet und dadurch die Kontraktion einleitet.

Der nAChR besteht aus 5 Untereinheiten: zwei α-Untereinheiten und jeweils einer β-, δ- und γ- oder ε-Untereinheit. Diese bilden an der Kontaktstelle zwischen Nerv und Muskel einen Ionenkanal, der sich durch Bindung von ACh öffnet und Na+-Ionen in den Muskel einlässt. Das daraus resultierende elektrische Signal führt dann zur Kontraktion der Muskelfasern.

Im endoplasmatischen Retikulum (ER) werden die nAChR-Untereinheiten synthetisiert und zum nAChR-Komplex zusammengebaut. Das ER fungiert dabei wie eine Fabrik: alle für die Plasmamembran oder die Umgebung der Zelle bestimmten Proteine werden hier hergestellt und vor Auslieferung durch spezielle Kontrollmechanismen auf ihre Qualität hin überprüft. D.h. nach dem Aschenputtel-Prinzip dürfen nur fertig zusammengebaute Komplexe (Die Guten...) die Zelle verlassen, während defekte Komplexe oder einzelne Bausteine (Die Schlechten...) daran gehindert und zurücktransportiert werden. Obwohl nAChR eines der wichtigsten und am besten untersuchten Moleküle ist, ist dennoch wenig über die Kontrollmechanismen, die Art und Weise des Zusammenbaus und den daran beteiligten Proteinen bekannt.

Forschern um Dr. Christoph Kaether vom Leibniz-Institut für Altersforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena und Dr. Rüdiger Rudolf vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), zusammen mit Instituten in Kiel und Padua (Italien), gelang es nun, eine wichtige Komponente dieser Kontrollmechanismen zu entschlüsseln und seine Rolle bei der Qualitätsprüfung im Muskel nachzuweisen; ein erster, wichtiger Schritt für das Verständnis, wie die Qualitätssicherung funktionieren könnte. Diese Forschungen wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt und die Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der anerkannten Fachzeitschrift “PNAS“ (December 27, 2010; DOI: 10.1073/pnas.1001624108) publiziert.

"Uns gelang der Nachweis, das Rer1, ein neuartiges Sortier-Protein, durch Bindung an die α-Untereinheiten von nAChR dafür sorgt, dass diese im ER bleiben, bis sie in einen Rezeptor-Komplex eingebaut werden. Rer1 ist folglich an der Qualitätskontrolle beteiligt und steuert den Zusammenbau von nAChR-Komplexen im Muskel", so Dr. Christoph Kaether, Nachwuchsgruppenleiter der AG Membrantransport am FLI.

Die Forscher konnten in Zellkulturen und Mäusen zeigen, dass nach Entfernung von Rer1 die Qualitätskontrolle nicht mehr richtig funktionierte und freie α-Untereinheiten das ER verließen, ohne in einen Komplex eingebaut worden zu sein. "Dieser Rer1-Mangel führte bei Mäusen zu kleineren neuromuskulären Endplatten und dünneren Muskelfasern, was auch eine Störung der Signalübertragung vermuten lässt", deutet Kaether an. "Mit diesen neuen Erkenntnissen haben wir nicht nur eine wichtige Komponente des Kontrollmechanismus identifiziert, sondern wir verstehen nun langsam, wie dieser funktionieren könnte, was gerade im Hinblick auf krankheitsbedingte Fehlfunktionen des Muskels ein wichtiger Ansatz wäre."

Der mit dem Alter einhergehende Schwund von Muskelmasse und -kraft, der durch einen passiven Lebensstil noch verstärkt werden kann, wird allgemein als Muskelschwund (Sarkopenie) bezeichnet. "Wir stellen uns die Frage, ob es womöglich einen Zusammenhang zwischen Sarkopenie und dem Vorhandensein bzw. Fehlen von Rer1 im gealterten Muskel gibt", merkt Christina Valkova an. Die Post-Doktorandin in der Kaether-Gruppe hat bereits mit den Arbeiten zu dieser Fragestellung begonnen.

Kontakt:

Dr. Kerstin Wagner
Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI)
Beutenbergstr. 11, 07745 Jena
Tel.: 03641-656371, Fax: 03641-656335, E-Mail: koordinator@fli-leibniz.de
Originalpublikation:
Ch. Valkova, M. Albrizio, I.V. Röder, M. Schwake, R. Betto, R. Rudolf, Ch. Kaether: Sorting receptor Rer1 controls surface expression of muscle acetylcholine receptors by ER retention of unassembled {alpha}-subunits. Proc Natl Acad Sci USA. (2010), Dec 27, DOI: 10.1073/pnas.1001624108

Dr. Kerstin Wagner | idw
Weitere Informationen:
http://www.fli-leibniz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum
19.07.2018 | Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

nachricht Infrarotsensor als neue Methode für die Wirkstoffentwicklung
19.07.2018 | Ruhr-Universität Bochum

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: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

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

Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt

19.07.2018 | Medizintechnik

Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum

19.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

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