Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zur richtigen Zeit am richtigen Ort

13.02.2020

Proteine sind molekulare Arbeitspferde der Zelle, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Dabei ist es wichtig, dass der Zeitpunkt der Proteinaktivitäten genauestens kontrolliert wird. Wenn die Proteine ihre Aufgaben erfüllt haben, können Prozesse beendet werden, die unnötig oder schädlich sind. Um den Zeitpunkt zu steuern, wird eine Markierung - "Ubiquitin" genannt - an unerwünschte Proteine angebracht um es abzubauen. Obwohl man wusste, dass komplexe molekulare Maschinen Ubiquitin anbringen können, war unklar, wie die Markierung erfolgt. Forscher am MPIB haben in Zusammenarbeit mit der Universität von Nevada, Las Vegas diese Mechanismen aufgedeckt und in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Zahlreiche zelluläre Vorgänge wie Immunantworten oder die Zellteilung werden von verschiedenen Proteinen in einer bestimmten Reihenfolge gesteuert. Damit die Zelle richtig funktioniert, müssen die Proteine bei Bedarf nach getaner Arbeit abgebaut werden.


NEDD8 (gelb) konfiguriert die Form der Cullin-RING-Ligase (grün und dunkelblau), UBE2D (hellblau) und Ubiquitin (gelb), so dass das Ubiquitin an das Zielsubstrat (rot: IκBα) gebunden werden kann.

Illustration: Kheewoong Baek © MPI für Biochemie

Wenn krankheitsverursachende Veränderungen den rechtzeitigen Proteinabbau blockieren, könnten Proteine zur falschen Zeit arbeiten, was zu Krankheiten wie Krebs, Herzkrankheiten und Entwicklungsstörungen führen kann.

Proteinabbau kontrollieren

Zellen „wissen", wie man Proteine abbaut, indem man unerwünschte Proteine zum Abbau mit einem anderen Protein namens "Ubiquitin" markiert. Der als „Ubiquitinierung“ bekannte Markierungsprozess wird von molekularen Maschinen, den sogenannten E3-Ligasen, durchgeführt.

Dabei ist es wichtig, dass die E3-Ligasen selbst an der richtigen Stelle und zur richtigen Zeit in den Zellen ein- und ausgeschaltet werden. Der „Einschalter" für etwa ein Drittel aller E3-Ligasen ist ein kleines Protein, das wie Ubiquitin aussieht und NEDD8 genannt wird.

NEDD8 am Steuer der Proteinabschaltung

Obwohl die einzelnen Komponenten dieser Proteinabbaumaschine bekannt waren, war unklar wie NEDD8 die E3-Ligasen einschaltet und die Markierung Zielproteins mit Ubiquitin ermöglicht.
"Dies ist besonders wichtig, weil es Medikamente in klinischen Studien gegen Krebs gibt, die NEDD8 blockieren, und einige infektiöse Bakterien NEDD8 manipulieren, um zelluläre Prozesse zu stören", sagt Brenda Schulman, Leiterin der Abteilung "Molekulare Maschinen und Signalwege" am MPIB.

Schulman und ihr Team haben nun die molekularen Mechanismen dieser Ubiquitinierung entschlüsselt. "Wir untersuchten die Wirkungsweise eines durch NEDD8 angeschalteten E3-Ligase. Dabei fanden wir heraus, wie NEDD8 eine E3-Molekularmaschine dazu bringt, die Ubiquitin Markierung an sein Zielprotein zu übertragen. Das ist der Schlüssel, um Proteine zum richtigen Zeitpunkt auszuschalten, wenn sie in einer Zelle nicht mehr benötigt werden", so Schulman.

Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie ist es den Wissenschaftlern gelungen, eine wichtige E3-Ligase sichtbar zu machen, die durch NEDD8 eingeschaltet wurde und sich im Prozess der Ubiquitin-Markierung eines Zielproteins befand.

"Dazu haben wir jeden Schritt des Markierungsprozesses genau unter die Lupe genommen. Der natürliche Prozess läuft innerhalb von Sekundenbruchteilen ab, danach fällt die molekulare Markierungsmaschine auseinander. Die Erfassung dieses normalerweise kurzlebigen Zustands war besonders schwierig", erklärt Kheewoong Baek, der Erstautor der Studie.

Die molekularen Maschinen der E3-Ligase steuern viele zelluläre Prozesse. "Der entschlüsselte Mechanismus erklärt nicht nur den normalen Prozess in der Zelle, sondern auch was bei einigen Krebsarten, mit Mutationen der E3-Maschine, schiefläuft. Zusätzlich kann es auch als Leitfaden für die Entwicklung von Therapien, zur Markierung unerwünschter Proteine mit Ubiquitin, dienen. Wir hoffen, dass dies langfristig helfen könnte, krebsverursachende Proteine abzubauen", fasst Schulman zusammen. [FA]

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Brenda Schulman, PhD
Abteilung Molekulare Maschinen und Signalwege
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
E-Mail: schulman@biochem.mpg.de

Originalpublikation:

K. Baek, DT Krist, JR Prabu, S. Hill, M. Klügel, LM Neumaier, S. Gronau, G. Kleiger, BA Schulman:
NEDD8 nucleates a multivalent cullin-RING-UBE2D ubiquitin ligation assembly
Nature, Februar 2020
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2000-y

Weitere Informationen:

http://www.biochem.mpg.de/schulman

Dr. Christiane Menzfeld | Max-Planck-Institut für Biochemie
Weitere Informationen:
https://www.biochem.mpg.de/zur-richtigen-zeit-am-richtigen-ort

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen
29.05.2020 | Universität Heidelberg

nachricht Ein Hormon nach Pflanzenart
29.05.2020 | Universität Bielefeld

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: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

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

Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen

29.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

Wald im Wandel

29.05.2020 | Agrar- Forstwissenschaften

Schwarzer Stickstoff: Bayreuther Forscher entdecken neues Hochdruck-Material und lösen ein Rätsel des Periodensystems

29.05.2020 | Materialwissenschaften

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