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 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