Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Infektiöses Protein zeigt sich von seiner guten Seite

09.01.2018

Stress-Sensoren erhöhen Überleben von Hefe-Zellen

Prionen sind sich selbst vermehrende Proteinaggregate, die zwischen Zellen übertragen werden können. Pathologische Prionen gelten als Auslöser für BSE in Rindern und die menschliche Creutzfeldt-Jakob-Krankheit. Auch neurodegenerative Erkrankungen wie ALS werden mit der Ansammlung von prionenartigen Proteinen in Verbindung gebracht.


Kryo-Elektronenmikroskopie-Abbildung eines biomolekularen Kondensates eines Prionproteins

MPI für Molekulare Zellbiologie und Genetik

Die Region innerhalb dieser Proteine, die für die Aggregatbildung verantwortlich ist, wird als Prionendomäne bezeichnet. Trotz der großen Rolle, die diese in menschlichen Krankheiten spielt, blieb die physiologische Funktion dieser Prionendomäne bisher weitgehend unbekannt.

Nun haben Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), des Biotechnologischen Zentrums der TU Dresden (BIOTEC) und der Washington University in St. Louis, USA, zum ersten Mal eine nützliche und biologisch relevante Funktion einer Prionendomäne identifiziert. Als proteinspezifischer Sensor für Stress erlaubt die Prionendomäne den Zellen, sich an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen, um so besser zu überleben.

Die Entschlüsselung dieser hilfreichen physiologischen Eigenschaft ist ein bedeutender Schritt, um die Verständniskluft zwischen den biologischen Aufgaben der Prionendomänen und ihren Veränderungen in pathologischen Krankheitszuständen zu schließen. Die Entdeckungen wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Ansammlungen von prionenartigen Proteinen können andere Proteine in ihrer Umgebung anstecken, was vergleichbar ist mit der Ausbreitung von viralen Infektionen. Das wirft die Frage auf, warum diese Proteine während der Evolution beibehalten werden:

Sind diese Sequenzen vielleicht für irgendetwas gut? Das Team um Forschungsgruppenleiter Prof. Simon Alberti vom MPI-CBG konzentrierte sich in ihrer Studie auf das Prionenprotein Sup35 in Hefe, das eine lange Geschichte als Modell für die Prionenforschung hat. Sie stellten fest, dass die Prionendomäne von Sup35 schützende Tropfen und Gele für Proteine bildet und wie ein Stress-Sensor in Zellen wirkt, die schwierigen Bedingungen ausgesetzt sind.

Wenn Hefezellen gestresst werden, zum Beispiel durch den Entzug von Nahrung, sinkt ihr Energieniveau. Dies führt zu einer Abnahme des zellulären pH-Wertes – die Zellen werden sprichwörtlich sauer. Die Folgen: die Zellteilung wird eingestellt, der Stoffwechsel wird heruntergefahren und die Zellen verharren im Bereitschaftsmodus. Ist der Stress vorbei, müssen die Zellen rasch ihren Stoffwechsel wieder ankurbeln, um Wachstum und Zellteilung erneut zu starten. Prof. Simon Alberti und seine Kollegen fanden nun, dass die Prionendomäne von Sup35 für die Zellen wichtig für das Meistern schwieriger Situationen ist.

“Wir haben beobachtet, dass sich Zellen ohne diese Prionendomäne schlechter von Stress erholen.”, fasst Titus Franzmann, Erstautor der Studie, die Ergebnisse zusammen. Die Wissenschaftler entdeckten, dass die Prionendomäne von Sup35 auf den sauren pH-Wert reagiert, indem sie Proteintropfen bildet. In diesen Tropfen, die ähnlich wie Wasser kondensieren, wird das wichtige Sup35 Protein während der schwierigen Phase eingeschlossen und geschützt. “Um das Protein aufzubewahren, kann sich der Proteintropfen sogar in ein Gel verfestigen.”, erklärt Mitautor Marcus Jahnel aus der Biophysik Arbeitsgruppe von Prof. Stephan Grill vom BIOTEC.

So kann die Zelle nach der Belastung das Sup35 Protein zurückgewinnen. Die Kollegen der Washington University in St. Louis, USA, konnten zudem die Sequenzen der Aminosäuren von Sup35 vorhersagen, die es dem Protein erlauben, so sensibel auf die Veränderungen des pH-Wertes im Zellplasma zu reagieren. In diesem Zusammenhang betont Rohit Pappu, Edwin H. Murty Professor of Biomedical Engineering an der Washington University: “Wir haben daran gearbeitet, die molekularen Komponenten aufzudecken, die Sup35 mit diesen anpassungsfähigen Eigenschaften ausstatten. Dies ist ein wichtiger Schritt, um Zellen auf molekularer Ebene zu verstehen, und um diese Prinzipien zur Entwicklung synthetischer Systeme zu nutzen.”

Auch aus evolutionärer Sicht sind die Kondensate von Sup35 sehr interessant, da diese sogar in Hefearten erhalten sind, die sich seit rund 400 Mio. Jahren getrennt entwickeln. Dies lässt vermuten, dass die Fähigkeit Tropfen und Gele zu bilden, eine angestammte Funktion der Sup35 Prionendomäne ist. Titus Franzmann schlussfolgert: “Unsere Experimente legen nahe, dass Prionendomänen protein-spezifische Stress-Sensoren sind, die es Zellen erlauben, schnell auf bestimmte Umweltbedingungen zu reagieren. Auf diese Art konnten wir zum ersten Mal zeigen, dass eine Proteinregion, die bisher nur mit krankheitsverursachenden Aggregaten in Verbindung gebracht wurde, in einem anderen Kontext auch eine positive Funktion haben kann. Vielleicht ist das der Grund, warum die Evolution sie so lange bewahrt hat.”

Originalpublikation:
Titus M. Franzmann, Marcus Jahnel, Andrei Pozniakovsky, Julia Mahamid, Alex S. Holehouse, Elisabeth Nüske, Doris Richter, Wolfgang Baumeister, Stephan W. Grill, Rohit V. Pappu, Anthony A. Hyman und Simon Alberti, Phase separation of a yeast prion protein promotes cellular fitness, Science, (359) 5 January 2018.
DOI: 10.1126/science.aao5654

Weitere Informationen:

Prof. Simon Alberti
Max-Planck-Institut für
Molekulare Zellbiologie und Genetik
Pfotenhauerstr. 108
01307-Dresden

Tel. +49 (351) 210 2663
eMail: alberti@mpi-cbg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpi-cbg.de/de/home/ - Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik, Dresden

Katrin Boes | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Türsteher im Gehirn
06.08.2020 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Peptide: Forschungs-Erfolg mit den kleinen Geschwistern der Proteine
06.08.2020 | Hochschule Coburg

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: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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