Wie Zellen ihren Müll entsorgen

Foto: Rekonstruktion des 26S-Proteasoms

Das „Regulatorische Partikel“
(blau) erkennt die mit Ubiquitin
markierten Proteine und bereitet
sie für den Abbau vor. Das
Kernpartikel (rot) zerlegt die
Proteine in ihre Bestandteile;
© MPI für Biochemie

Die Ergebnisse des Gemeinschaftsprojekts mit Kollegen der University of California San Francisco und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich sind ein wichtiger Schritt für die weitere Erforschung des 26S-Proteasoms.

In einer Zelle dürfen zu einem bestimmten Zeitpunkt ihrer Entwicklung nur die Proteine vorhanden sein, die sie gerade benötigt. Andernfalls können unerwünschte Reaktionen auftreten, die beispielsweise zu Krebs führen können. Außerdem müssen die Proteine die korrekte Form aufweisen, um ihre Aufgaben erfüllen zu können. Sind sie falsch gefaltet, können sie verklumpen und neurodegenerative Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson die Folge sein. Um das zu verhindern, verfügt der Körper über verschiedene Mechanismen, die den Proteinhaushalt regulieren und wenn nötig Proteine abbauen.

Eine zentrale Rolle beim Proteinabbau spielt die „zelluläre Müllabfuhr“, das 26S-Proteasom. Fehlgefaltete und potentiell gefährliche Proteine werden zunächst mit dem zellulären Etikett Ubiquitin verknüpft. Das 26S-Proteasom erkennt die markierten Proteine und zerlegt sie in ihre Bestandteile, die dann wiederverwertet werden. Seine Struktur konnten Wissenschaftler jetzt entschlüsseln.

„Die Struktur des 26S-Proteasoms ändert sich laufend“, erklärt Friedrich Förster, Leiter der Forschungsgruppe Modellierung von Proteinkomplexen am MPI für Biochemie. „Daher konnte sie mithilfe traditioneller Ansätze wie etwa der Röntgenkristallographie allein bisher nicht aufgeklärt werden. Erst die Kombination verschiedener Methoden brachte den Erfolg.“ Die Elektronenmikroskopie und die Massenspektrometrie halfen dabei, den groben Aufbau des 26S-Proteasoms zu entschlüsseln. Die Röntgenkristallographie gewährte detaillierte Einblicke in einzelne Bereiche des Moleküls. Am Computer setzten die Forscher die unterschiedlichen Daten dann zu einem Gesamtbild zusammen.

Basierend auf diesen Ergebnissen wollen die Forscher künftig untersuchen, wie die verschiedenen Mechanismen des Proteinabbaus funktionieren. „Wir haben bereits eine Hypothese entwickelt, wie genau das 26S-Proteasom markierte Proteine erkennt und weiterverarbeitet“, so Stefan Bohn, Wissenschaftler am MPI für Biochemie. Die vollständige Aufklärung des 26S-Proteasoms und der zugrunde liegenden Mechanismen könnte auch von medizinischer Bedeutung sein: Die „zelluläre Müllabfuhr“ ist ein denkbarer therapeutischer Ansatzpunkt bei Krebs und neurodegenerativen Krankheiten.

MEDICA.de; Quelle: Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften