Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neu entdecktes Transportsignal dirigiert Proteine innerhalb der Zelle zu den Mitochondrien

27.06.2016

Tübinger Forscher untersuchen den komplizierten Zusammenbau dieser lebenswichtigen Zellorganellen

Häufig vereinfacht als Kraftwerke in den Zellen von Mensch, Tier und Pflanze bezeichnet, werden Mitochondrien längst viele weitere lebenswichtige Funktionen in der Zelle zugeschrieben. Die Zellorgane haben eine bewegte Vergangenheit: Sie entstanden vor mehr als einer Milliarde Jahren aus einem primitiven Bakterium, das in eine Urzelle aufgenommen wurde. Während des Evolutionsprozesses gelangten fast alle Gene des ursprünglichen Bakteriums in den Zellkern.

Daher werden die meisten Proteinbausteine der Mitochondrien im Zellplasma produziert und über aufwendige Importprozesse in die richtige Position gebracht. In die vielen Fragen rund um den Zusammenbau dieser Organellen haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Interfakultären Institut für Biochemie (IFIB) der Universität Tübingen unter der Leitung von Professor Doron Rapaport mit zwei neuen Studien mehr Licht gebracht.

Kürzlich entdeckten Monika Sinzel und Dr. Kai Stefan Dimmer erstmals ein Protein, das in die äußere Hüllmembran der Mitochondrien eingebaut wird, bei dessen korrekter Positionierung jedoch Enzyme der inneren Hüllmembran die entscheidende Rolle spielen. Rapaport und ein weiteres Mitglied seiner Arbeitsgruppe, Tobias Jores, fanden nun gemeinsam mit Kollegen aus Frankfurt und Kyoto in einer zweiten Studie heraus, wie das lang gesuchte Signal aussieht, das bestimmte fassförmige Proteine, die Beta-Barrel-Proteine, nach der Herstellung im Zellplasma zu den Mitochondrien dirigiert.

Je nach Typ enthält eine Zelle zwischen einer Handvoll und Hunderten von Mitochondrien. Außer an der Energieerzeugung sind Mitochondrien auch in die Herstellung von zellulären Bausteinen wie Aminosäuren, Nukleotiden und Eisen-Schwefel-Clustern eingebunden.

„Heute weiß man, dass sie zudem als zentrale Akteure in der zellulären Signalübermittlung fungieren. In dieser Rolle kommt den Mitochondrien besondere Bedeutung bei Prozessen wie der Alterung und dem programmierten Zelltod zu“, erklärt Doron Rapaport. Defekte an den Mitochondrien können zu einer großen Vielfalt an muskulären, metabolischen oder neurodegenerativen Krankheiten führen. Außerdem spielen die Organellen auch bei Erkrankungen wie Diabetes, Taubheit, Blindheit, Krebs, vorzeitigem Altern, Demenz und bakteriellen Infektionen eine Rolle.

„Für die Lebensfähigkeit der Zellen ist der Import der Proteinbausteine aus dem Zellplasma in das entsprechende Unterabteil der Mitochondrien ein essenzieller Prozess“, sagt Rapaport. Für die Mehrheit der mitochondrialen Proteine sei das Signal, das sie zu der Zellorganelle dirigiert, schon länger bekannt gewesen. „Das galt jedoch nicht für die wichtige Gruppe der Beta-Barrel-Proteine, die in die Außenmembran der Mitochondrien eingebaut werden“, erklärt der Wissenschaftler.

Rapaport und Jores enttarnten das Signal mithilfe biochemischer Versuche, Strukturanalysen und Genmanipulationen an Hefezellen: Es ist ein spezielles Proteinelement, ein Beta-Hairpin – eine Beta-Haarnadelschlaufe –, das die Beta-Barrel-Proteine zuverlässig zu den Mitochondrien führt. Die Tübinger Wissenschaftler identifizierten auch einen Rezeptor auf der Oberfläche der Mitochondrien, der das Beta-Hairpin-Signal erkennt. Die Kooperationspartner aus Kyoto ermittelten die strukturellen Aspekte dieser molekularen Interaktion.

„Unsere Frankfurter Kooperationspartner konnten belegen, dass das Beta-Hairpin-Signal allein den Weg der Beta-Barrel-Proteine festlegt. Sie hängten es vor Proteine, die eigentlich für die Chloroplasten, die Fotosyntheseorgane der Pflanzenzelle, gedacht waren, sie wurden jedoch bei den Mitochondrien abgeliefert“, sagt Rapaport.

Publikationen:
Monika Sinzel, Tao Tan, Philipp Wendling, Hubert Kalbacher, Cagakan Özbalci, Xenia Chelius, Benedikt Westermann, Britta Brügger, Doron Rapaport & Kai Stefan Dimmer: Mcp3 is a novel mitochondrial outer membrane protein that follows a unique IMP-dependent biogenesis pathway. EMBO Reports, DOI 10.15252/embr.201541273.

Jores, T., A. Klinger, L. Groß, S. Kawano, N. Flinner, E. Duchardt-Ferner, J. Wöhnert, H. Kalbacher, T. Endo, E. Schleiff, and D. Rapaport (2016): Characterization of the targeting signal in mitochondrial β-barrel proteins. Nature Communications, in press.

Kontakt:
Prof. Doron Rapaport, PhD
Universität Tübingen
Interfakultäres Institut für Biochemie
Telefon +49 7071 29-74184
doron.rapaport[at]uni-tuebingen.de

Dr. Kai Stefan Dimmer
Universität Tübingen
Interfakultäres Institut für Biochemie (IFIB)
Telefon: +49 7071 29-74174
kai-stefan.dimmer[at]uni-tuebingen.de

Dr. Karl Guido Rijkhoek | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.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