Der "geheime" Zweistufenplan

Foto: Listerien

Die Listerien sind als kleine schwarze
Flecken erkennbar. Die Fresszelle wur-
de bereits getötet; ©Max F. Perutz Lab-
oratories

In einer aktuellen Studie konnten Matthias Farlik und Thomas Decker vom Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Wien und Mathias Müller von der Veterinärmedizinischen Universität Wien die Funktionsweise der zellulären Abwehrstrategien enthüllen und damit Hinweise für die Bekämpfung von Krankheiten liefern.
Zellen können auf vielfältige Weise reagieren, um sich vor Erregern zu schützen. In der Regel modifizieren sie Proteine oder stellen neue her, die dann Abwehrstoffe produzieren. Ein Beispiel ist die Produktion von Stickstoffmonoxid (NO), das eine stark antibakterielle Wirkung aufweist. Dies ist aber nicht ungefährlich: NO ist ein aggressives freies Radikal, das mit der Entstehung von Krebs und entzündlichen Prozessen im Körper in Zusammenhang steht. Deshalb "informiert" sich die Zelle umfassend, bevor sie ihre NO-Produktion hochfährt.

Wie die Zelle das bewerkstelligt, haben die Forscher nun untersucht. Sie konnten nicht nur die Geheimnisse der NO-Produktion lüften, sondern entdeckten auch einen neuen Regulationsmechanismus für die Gen-Transkription.

Die Forscher untersuchten diese Prozesse am Bakterium "Listeria monocytogenes. Als Reaktion auf eine Infektion mit Listerien produzieren Zellen das Enzym iNOS – induzierbare NO-Synthase, das wiederum Stickstoffmonoxid herstellt. Um die Enzymproduktion zu regulieren, überprüft die Zelle den Status zweier unterschiedlicher Signalwege und kombiniert die Informationen daraus. Die Forscher konnten zeigen, dass jedes der beiden Signale nur einen Teil des Prozesses steuert. Erst wenn beide Signalwege aktiv sind, wird ein Proteinkomplex hergestellt, der das für die iNOS-Produktion verantwortliche Gen einschaltet.

„Die Zelle hat sozusagen einen zweistufigen Alarmplan“, erklärt Decker: „Es müssen also beide Signale vorhanden sein, damit die iNOS in Stellung gebracht werden und die NO-Produktion startet.“

Ein Problem dabei ist, das diese Signale nicht immer zeitgleich eintreffen. Die Zellen lösen dieses Problem auf geradezu geniale Weise: Jeder der Signalwege führt unabhängig voneinander zur Produktion eines Bestandteils des Proteinkomplexes. Dieser bleibt eine Weile bestehen und bildet somit eine Art molekulares Gedächtnis. Wird auch der zweite Signalweg rechtzeitig aktiviert, schaltet der vollständige Proteinkomplex das Gen für die iNOS-Produktion ein. Kommt das zweite Signal nicht, wird der Teilkomplex wieder abgebaut, das ursprüngliche Signal wird damit "vergessen".


MEDICA.de; Quelle: Universität Wien