Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Wege in der zellulären Signalverarbeitung entdeckt

30.03.2016

Tübinger Forscher erkennen Sender- und Empfängereigenschaften eines altbekannten Membranproteins

Zellen sind von einer Membran umgeben, mit der sie sich nach außen von anderen Zellen und der Umwelt abgrenzen. Um Informationen über diese Zellmembran zu transportieren, besitzen sie Kommunikationssysteme, die in der Membran verankert sind und Außen und Innen mit einer Art Sprechverbindung verknüpfen. Dabei nehmen Rezeptorproteine auf der Außenfläche der Zelle Informationen aus der Umgebung auf und stoßen damit im Inneren die Produktion eines Signalstoffs an. Viele Rezeptoren aktivieren dabei in einer Kettenreaktion indirekt Enzyme, hier Adenylat-Zyklasen, die dann in der Zelle ein chemisches Signal, einen intra-zellulären Botenstoff, produzieren.


Schematische Darstellung des Hybridproteins aus dem Experiment: An der Zelloberfläche (oben) kann der Cholera-Auto-Inducer-1 (CAI-1) andocken; die Signale werden in das Zellinnere (unten) weitergeleitet, wo zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) freigesetzt wird.

Das vor Jahrzehnten entdeckte Protein Adenylat-Zyklase überspannt die Membran mit zweimal je sechs Proteinröhren, die schon immer als zu groß und sperrig angesehen wurden, um ausschließlich als Verankerung zu dienen. Seither rätselten Wissenschaftler, wozu dieser riesige Membrankomplex sonst noch gut sein könnte.

Die Mitglieder des Sonderforschungsbereichs 766 „Die bakterielle Zellhülle“ Professor Joachim Schultz und Stephanie Beltz vom Pharmazeutischen Institut der Universität Tübingen sind gemeinsam mit Jens Bassler vom Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie der Lösung näher gekommen: Sie gehen davon aus, dass die Adenylat-Zyklasen selbst auch Rezeptoren sind. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift eLife veröffentlicht.

Adenylat-Zyklasen kommen sowohl bei Bakterien als auch bei den Zellen mit echtem Kern, das heißt in Säugetier und Mensch, vor. Angesichts ihres großen Membrankomplexes wurde bereits 1989 eine Funktion als Kanal oder Transporter für den Import und Export von Substanzen oder Salzen vermutet. „Doch es war weder noch“, sagt Schultz, der seit nunmehr 26 Jahren an dieser Frage arbeitet.

Die Hartnäckigkeit zahlte sich aus. Der Durchbruch bahnte sich durch das Bakterium Vibrio an. Bei dem Erreger der Cholera wurde ein Rezeptor entdeckt, der die Populationsdichte der Einzeller über die Konzentration einer selbst produzierten Signalsubstanz, dem Cholera-Auto-Inducer-1 (CAI-1), in der Umgebung misst. „Die Struktur dieses Rezeptors ähnelt dem Membrananker der Adenylat-Zyklasen“, erklärt Schultz. Im Experiment tauschten die Wissenschaftler den Membrananker der Adenylat-Zyklase gegen den Rezeptor des Bakteriums aus. „Das Hybridprotein leitete die Signale vom Membranrezeptor in das Zellinnere weiter und produzierte zyklisches AMP.“

Damit hat das Wissenschaftlerteam gezeigt, dass die Membrananker der Adenylat-Zyklasen unmittelbar als Rezeptoren dienen können, an die ein Signalstoff von außen direkt andocken kann. Die Forscher vermuten, dass diese völlig neue Regulationsebene neben den indirekt vermittelten, aber schnellen Signalen des Nervensystems für langsame und längerfristige Änderungen von Körpersignalen genutzt wird, wenn sich etwa bei einem Fieber die Körpertemperatur ändert oder die hormonelle Regulierung des Tages- und Nachtrhythmus.

Eine genaue Analyse des Membranankers der Adenylat-Zyklasen mithilfe bioinformatischer Methoden ergab auffällige Ähnlichkeiten zu weiteren bakteriellen Rezeptorproteinen. „Die vorhandenen Variationen zwischen verschiedenen Typen von Adenylat-Zyklasen deuten darauf hin, dass Anpassungen an ganz unterschiedliche Umgebungsbedingungen möglich sind“, sagt der Wissenschaftler. Er und seine Kollegen gehen davon aus, dass die Adenylat-Zyklasen einen neuen, bisher unerkannten Rezeptortyp auf der Zelloberfläche repräsentieren. Damit werden in einem ganz zentralen Regulationssystem bei Mensch und Tier sowohl schnelle als auch langsam sich verändernde Signale gemeinschaftlich verarbeitet.

Joachim Schultz erklärt, wie es mit der Forschung nun weitergehen wird: „Eine sehr spannende Frage ist, welche Signale den Rezeptor der Adenylat-Zyklasen aktivieren. Das wissen wir bisher weder bei Bakterien noch bei Säugetieren. Dann werden sich daraus völlig neue Angriffspunkte für die Entwicklung künftiger Arzneistoffe ergeben.“

Publikation:
Stephanie Beltz, Jens Bassler, and Joachim Schultz: Regulation by the quorum sensor from Vibrio indicates a receptor function for the membrane anchors of adenylate cyclases. eLife (2016), http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13098

Kontakt:
Prof. Dr. Joachim Schultz
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Pharmazeutisches Institut
Sonderforschungsbereich 766 „Die bakterielle Zellhülle: Struktur, Funktion und Schnittstelle bei der Infektion“
Telefon +49 7071 29-72475
joachim.schultz[at]uni-tuebingen.de

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13098 - Publikation in eLife

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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