Molekulare Transportlogistik

Ein Proteinkomplex, der ein wichtiges Glied einer zellulären Transportkette ist, initiiert auch den Zusammenbau des nachfolgenden Glieds dieser Kette. Damit wird nun ein Transportvorgang besser verstanden, der für zahlreiche zelluläre Prozesse wie Virusinfektionen, Zellteilung und Signalübertragungen maßgeblich ist. Diese zusätzliche Funktion des Transportkomplexes ESCRT-II wurde im Rahmen eines Projektes des Wissenschaftsfonds FWF entdeckt und vor Kurzem in „The EMBO Journal“ veröffentlicht.

Virusinfektionen, Zellteilung und Signalübertragungen haben etwas gemeinsam: Sie benutzen eine „Protein-Maschinerie“, die eigentlich einen zellulären Entsorgungsprozess steuert. Der Zusammenbau dieser molekularen „Maschine“ läuft hochgradig kontrolliert ab und wird von fünf bestimmten Proteinkomplexen maßgeblich beeinflusst. Die Proteinkomplexe werden als ESCRT (endosomal-sorting complex required for transport) bezeichnet. Eine überraschende Funktion eines ESCRT-Komplexes (Nr. II) haben nun Teams der Medizinischen Universität Innsbruck und der Cornell Universität in den USA gefunden: ESCRT-II initiiert auch den Zusammenbau von ESCRT-III, dem zentralen Komplex der Transportkette.

MOLEKULARE VERKEHRSREGULIERUNG
Die gemeinsame Funktion aller ESCRT ist die Beladung von zellulären Transportvesikeln (MVB – multi vesicular bodies) mit „unerwünscht“ gewordenen Bestandteilen der Zelloberfläche. Für diese Funktion werden die ESCRT nur kurzfristig hergestellt. Dr. David Teis von der Division für Zellbiologie erläutert die von seinem Team entdeckte neue Funktion von einem der ESCRT so: „Ein als Vps25 bezeichneter Teil des ESCRT-II startet eine Art Kettenreaktion, die zuerst eine strukturelle Veränderung in einem anderen Protein, das als Vps20 bezeichnet wird, auslöst. Vps20 wird durch die strukturelle Veränderung quasi aktiviert und wieder andere Proteine – als Snf7 bezeichnet – können sich um Vps20 gruppieren. In der Folge bildet sich um dieses Ausgangszentrum dann der restliche Teil des ESCRT-III. So initiiert ESCRT-II also den Zusammenbau von ESCRT-III.“

Im Detail müssen sich ca. 10-20 Snf7-Proteine in definierter, ringförmiger Form zusammen lagern, damit in der Folge die weiteren Bestandteile des ESCRT-III passend angefügt werden können. Auf genau diese ringförmige Zusammenlagerung des Snf7 nimmt Vps25 Einfluss. Diese Erkenntnis konnte das Team um Dr. Teis durch Experimente gewinnen, bei denen ESCRT-II geschickt verändert wurden: Anstatt der normalen zwei Vps25 wurde nur eines für ESCRT-II verwendet. Dazu Dr. Teis: „So konnten wir zeigen, dass trotz der reduzierten Anzahl von Vps25 im ESCRT-II eine Zusammenlagerung von Snf7 stattfand. Aber die so zusammen gelagerten Moleküle konnten die biologische Funktion von ESCRT-III nicht erfüllen.“

KEIN „O“ OHNE „Y“
Gemeinsam mit der bekannten Tatsache, dass die zwei Vps25-Proteine des ESCRT-II eine Ypsilon-förmige Struktur bilden, leitet Dr. Teis aus diesem Ergebnis folgende Überlegung ab: Erst beide – vom Vps25 gebildeten – Arme des Ypsilons gemeinsam erlauben die räumlich passende Anordnung der Snf7-Moleküle in O-Form. Während wohl ein „Arm“ genug ist, Snf7 zusammen zu lagern, so müssen vermutlich zwei Snf7 – eines an jedem Arm – gleichzeitig abgelagert werden, damit die räumliche Struktur der weiteren Zusammenlagerung passt.

In der Folge dient diese Ringstruktur als eine Art Kopiervorlage für die MBV-Transportvesikel. Diese Annahme fand Bestätigung in einem weiteren Experiment, das Dr. Teis mit seinem Kooperationspartner Prof. Scott Emr von der Cornell University in den USA durchführte. Für dieses Experiment wurde in molekularbiologisch veränderten Zellen mehr Snf7-Moleküle als normal gebildet. Die Folge? Die Vesikel, die daraufhin gebildet wurden, waren nun deutlich größer. Ein klarer Hinweis auf die Rolle des Snf7 als Kopiervorlage.

Insgesamt zeigen diese Ergebnisse eines FWF-Projektes nicht nur, wie fein abgestimmt dieser zelluläre Entsorgungsmechanismus ist, sondern auch seine bisher unbekannte Fähigkeit zur molekularen Self-Assembly.

Bild und Text ab Dienstag, 25. Mai 2010, ab 09.00 Uhr MEZ verfügbar unter:
http://www.fwf.ac.at/de/public_relations/press/pv201005-de.html
Originalpublikation: ESCRT-II coordinates the assembly of ESCRT-III filaments for cargo sorting and multivesicular body vesicle formation, D. Teis, S. Saksena, B. Judson and S. D. Emr, The EMBO Journal (2010) 29, 871 – 883 doi:10.1038/emboj.2009.408
Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. David Teis
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