Übertragung von Informationen in der Zelle aufgeklärt

Erneut ist Wissenschaftlern der Charité – Universitätsmedizin Berlin ein Durchbruch in der biophysikalischen Grundlagenforschung gelungen.

Sie konnten erstmals bei einem wichtigen Informationsträger im menschlichen Körper, dem Rezeptorprotein Rhodopsin, klären, wie ein solches Eiweiß beschaffen sein muss, um Signale an andere Proteine weitergeben zu können. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit der Chonbuk National University in Südkorea und der Queen Mary School der University of London durchgeführt und ist in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature* veröffentlicht.

Bereits im Juli 2008 publizierte Nature** einen Aufsatz der Forscher um Privatdozent Dr. Oliver Ernst und Prof. Klaus Peter Hofmann vom Institut für Medizinische Physik und Biophysik am Campus Mitte. Dabei ging es um die Struktur des Rezeptors in der Form, in der er Signale aufnimmt. Die sogenannte Schlüssel-Schloss-Passung, die der Signalübertragung zugrunde liegt, ist jetzt ihrer Aufklärung einen entscheidenden Schritt näher gekommen.

Rhodopsin gehört zu den so genannten G-Protein gekoppelten Rezeptoren – diese Proteine befinden sich in den Membranen, die jede lebende Zelle umhüllen. Sie verbinden die Zellen mit Signalen aus der Umwelt wie Licht, Düften und Geschmacksstoffen oder mit Signalen aus dem Organismus wie zum Beispiel Hormonen. Daher sind sie an fast allen physiologischen Vorgängen im Körper und so auch an den meisten Krankheiten beteiligt.

Damit ein Rezeptor wie Rhodopsin eine Information übertragen kann, muss er an andere Proteine in der Zelle binden. Dies ist nur möglich wenn der Rezeptor eine Bindungsstelle – ein „Schloss“ – ausbildet, in die der „Schlüssel“ des Bindungsmoleküls passt. Die Forscher stellten jetzt erstmals das Fragment eines G-Proteins synthetisch her, das genau dem „Schlüssel“ entspricht, den auch das natürliche G-Protein enthält. Damit erhält man nun Einblick in den Mechanismus der Wechselwirkung zwischen Rezeptor und G-Protein. Dies bedeutet einen wesentlichen Fortschritt in der Aufklärung der Signalübertragung in die Zelle.

„In jeder Zelle gibt es Rezeptoren mit einer sehr ähnlichen Struktur. Unser Beispiel kann daher als allgemeines Modell für die Signalübertragung in Zellen dienen“, erklärt Prof. Hofmann. „Die Beeinflussung und wenn möglich die Korrektur krankhafter Veränderungen der Signalübertragung ist eine der dringendsten Aufgaben der gegenwärtigen Wirkstoffforschung. Ob die Probleme gelöst werden können, hängt entscheidend vom Verständnis der zu Grunde liegenden Strukturen und den damit verbundenen Mechanismen ab.“

* Scheerer, P., Park, J. H., Hildebrand, P. W., Kim, Y. J., Krauß, N., Choe, H.-W., Hofmann, K. P. & Ernst, O. P. Crystal structure of opsin in its G-protein-interacting conformation. Nature 455:497-502.

** Park, J. H., Scheerer, P., Hofmann, K. P., Choe, H.-W. & Ernst, O. P. Crystal structure of the ligand-free G-protein-coupled receptor opsin. Nature 454:183-187.

Kontakt:
Prof. Klaus Peter Hofmann
Direktor des Instituts für Medizinische Physik und Biophysik
Charité – Universitätsmedizin Berlin
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