Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Ausschaltmechanismus für Schalterproteine entdeckt

22.07.2019

Einen neuen Mechanismus, mit dem Schalterproteine abgeschaltet werden können, haben Forscher der Ruhr-Universität Bochum und der schwedischen Universität in Uppsala entdeckt. Schalterproteine wie das Ras-Protein regulieren viele Prozesse im Körper und sind am Entstehen von Krankheiten wie Krebs beteiligt. Die Forscher um Prof. Dr. Klaus Gerwert und Dr. Till Rudack vom Bochumer Lehrstuhl für Biophysik berichten über den neu entdeckten Mechanismus in der aktuellen Ausgabe des Journal of the American Chemical Society, kurz JACS, vom 10. Juli 2019.

Für das Ausschalten vieler Schalterproteine ist das Molekül GTP entscheidend, das an die Proteine gebunden ist. Wird durch eine chemische Reaktion eine der drei Phosphatgruppen von GTP abgespalten, schaltet das Protein auf „aus“, was sich auf zelluläre Prozesse auswirkt.


Klaus Gerwert, Till Rudack und Carsten Kötting (von links) forschen schon seit Jahren an Schalterproteinen, zu denen auch das hier gezeigte Ras-Protein gehört.

© RUB, Kramer (Dieses Foto darf nur für eine Berichterstattung mit Bezug zur Ruhr-Universität Bochum im Kontext dieser Presseinformation verwendet werden.)

„Die Proteine sind dabei extrem effizient und schaffen es, Reaktionen, die normalerweise Milliarden von Jahren dauern können, innerhalb von Sekundenbruchteilen ablaufen zu lassen“, sagt Klaus Gerwert.

Am Abschaltprozess ist immer mindestens ein Wassermolekül beteiligt. Bislang gingen Forscher davon aus, dass dieses Wassermolekül aktiviert werden muss – und zwar, indem ein Reaktionspartner ein Proton auf das Wassermolekül überträgt.

„Jahrzehntelang wurde darüber gestritten, ob dieser Reaktionspartner das GTP selbst oder ein Teil des Proteins ist“, erzählt Carsten Kötting, einer der Autoren aus dem Bochumer Team. „In der aktuellen Studie haben wir überraschenderweise einen komplett neuen Mechanismus entdeckt, bei dem die Aktivierung ohne Übertragung eines Protons funktioniert.“

Theorie und Experiment im Vergleich

Mit computergestützten Rechenverfahren untersuchte das Team für sieben verschiedene Schalterproteinsysteme sämtliche Ausschaltmöglichkeiten. Dabei erhielten die Wissenschaftler verschiedene Geschwindigkeiten für den Ausschaltprozess. Die berechneten Geschwindigkeiten verglichen sie mit experimentell durch zeitaufgelöste Infrarotspektroskopie gemessenen Werten.

Während die Werte für die beiden bisher vermuteten Mechanismen stark voneinander abwichen, zeigten Theorie und Experiment für den neu gefundenen Mechanismus die gleichen Ergebnisse – und zwar für alle sieben getesteten Systeme. „Die Übereinstimmung zeigt, dass unser neu entdeckter Abschaltmechanismus allgemeingültig ist und somit für viele zelluläre Prozesse relevant“, resümiert Till Rudack.

Mechanismus wichtig bei der Tumorbildung

„Bei Krankheiten liegt häufig ein Defekt des Ausschaltmechanismus von Schlüsselproteinen vor“, sagt Till Rudack. „Um die molekularen Vorgänge, die den Krankheiten zugrunde liegen, zu verstehen und Therapien entwickeln zu können, müssen wir den Ausschaltmechanismus verstehen.“

Der neu gefundene Ausschaltmechanismus ist zum Beispiel für das Schalten von Ras verantwortlich, einem Protein dessen Fehlfunktion zu unkontrolliertem Zellwachstum bei Tumoren führt. Seit Jahrzehnten versuchen Forscher, einen Wirkstoff zu finden, der das funktionsgestörte Protein Ras in menschlichen Tumoren angreift.

„Wir gehen davon aus, dass unser Ergebnis die bislang erfolglose Suche erklären kann“, so Klaus Gerwert. „Auf Basis des jetzt richtigen molekularen Ausschaltmechanismus können nun neue Ansatzpunkte für Krebsmedikamente gefunden werden.“

Förderung

Die Arbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Projektnummer 321722360), der Stiftelsen Olle Engkvist Byggmästare (Grant Nr. 190-0335), Wenner-Gren Foundation und Knut and Alice Wallenberg Foundation (KAW 2013.0124).

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Till Rudack
Zentrum für Proteindiagnostik (Prodi)
und Lehrstuhl Biophysik
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 22236, 0234 32 18132
E-Mail: till.rudack@rub.de

Prof. Dr. Klaus Gerwert
Zentrum für Proteindiagnostik (Prodi)
und Lehrstuhl Biophysik
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24461, 0234 32 18035
E-Mail: gerwert@bph.rub.de

Originalpublikation:

Ana R. Calixto, Cátia Moreira, Anna Pabis, Carsten Kötting, Klaus Gerwert, Till Rudack, Shina C.L. Kamerlin: GTP hydrolysis without an active site base: a unifying mechanism for Ras and related GTPases, in: Journal of the American Chemical Society, 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b03193

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nierenkrebs an der Wurzel packen
17.02.2020 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Schaffen Affengehirne das auch mit links?
17.02.2020 | Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

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: Transparente menschliche Organe ermöglichen dreidimensionale Kartierungen auf Zellebene

Erstmals gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, intakte menschliche Organe durchsichtig zu machen. Mittels mikroskopischer Bildgebung konnten sie die zugrunde liegenden komplexen Strukturen der durchsichtigen Organe auf zellulärer Ebene sichtbar machen. Solche strukturellen Kartierungen von Organen bergen das Potenzial, künftig als Vorlage für 3D-Bioprinting-Technologien zum Einsatz zu kommen. Das wäre ein wichtiger Schritt, um in Zukunft künstliche Alternativen als Ersatz für benötigte Spenderorgane erzeugen zu können. Dies sind die Ergebnisse des Helmholtz Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Technischen Universität München (TUM).

In der biomedizinischen Forschung gilt „seeing is believing“. Die Entschlüsselung der strukturellen Komplexität menschlicher Organe war schon immer eine große...

Im Focus: Skyrmions like it hot: Spin structures are controllable even at high temperatures

Investigation of the temperature dependence of the skyrmion Hall effect reveals further insights into possible new data storage devices

The joint research project of Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) and the Massachusetts Institute of Technology (MIT) that had previously demonstrated...

Im Focus: Skyrmionen mögen es heiß – Spinstrukturen auch bei hohen Temperaturen steuerbar

Neue Spinstrukturen für zukünftige Magnetspeicher: Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Skyrmion-Hall-Effekts liefert weitere Einblicke in mögliche neue Datenspeichergeräte

Ein gemeinsames Forschungsprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen weiteren...

Im Focus: Making the internet more energy efficient through systemic optimization

Researchers at Chalmers University of Technology, Sweden, recently completed a 5-year research project looking at how to make fibre optic communications systems more energy efficient. Among their proposals are smart, error-correcting data chip circuits, which they refined to be 10 times less energy consumptive. The project has yielded several scientific articles, in publications including Nature Communications.

Streaming films and music, scrolling through social media, and using cloud-based storage services are everyday activities now.

Im Focus: Nanopartikel können Zellen verändern

Nanopartikel dringen leicht in Zellen ein. Wie sie sich dort verteilen und was sie bewirken, zeigen nun erstmals hochaufgelöste 3D-Mikroskopie-Aufnahmen an BESSY II. So reichern sich bestimmte Nanopartikel bevorzugt in bestimmten Organellen der Zelle an. Dadurch kann der Energieumsatz in der Zelle steigen. „Die Zelle sieht aus wie nach einem Marathonlauf, offensichtlich kostet es Energie, solche Nanopartikel aufzunehmen“, sagt Hauptautor James McNally.

Nanopartikel sind heute nicht nur in Kosmetikprodukten, sondern überall, in der Luft, im Wasser, im Boden und in der Nahrung. Weil sie so winzig sind, dringen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

Alternative Antriebskonzepte, technische Innovationen und Brandschutz im Schienenfahrzeugbau

07.02.2020 | Veranstaltungen

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

Flexibles Fügen und wandlungsfähige Prozessketten: der Schlüssel für effiziente Produktion

17.02.2020 | Interdisziplinäre Forschung

AgiloBat: Batteriezellen flexibel produzieren

17.02.2020 | Energie und Elektrotechnik

Nierenkrebs an der Wurzel packen

17.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

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