Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben einen
Mechanismus entdeckt, der Zellen dabei hilft, ihre Proteine vor
Hitzeschäden zu schützen. Die renommierte Fachzeitschrift Molecular Cell
berichtet in ihrer neuesten Ausgabe über die Ergebnisse der Studie.
Auch Zellen kennen Stress. Chemische Einflüsse oder hohe Temperaturen
können die fein ausbalancierten innerzellulären Prozesse aus dem Takt
bringen - empfindliche Proteine können ihre fragile dreidimensional
gefaltete Struktur verlieren oder gar miteinander zu Aggregaten
verklumpen. Erste Hilfe leisten Hitzeschockproteine (Hsps). Sie
bewahren andere Proteine vor dem Verklumpen oder bringen sie notfalls
wieder in die korrekte Form. Wo diese "zellulären Sanitäter" ihre
Aufgabe nicht wahrnehmen können, werden Krankheiten wie Alzheimer oder
das Creutzfeld-Jakob-Syndrom begünstigt. Angesichts der Bedeutung der
Hsps auch in Hinsicht auf solche Krankheiten ist ein möglichst
umfassendes Verständnis ihrer Arbeit und Regulation wünschenswert.
Die TUM-Wissenschaftler um Professor Johannes Buchner vom Lehrstuhl
für Biotechnologie untersuchten am Beispiel der Bäckerhefe das
Hitzeschockprotein Hsp26. Bei diesem Protein hatten sie eine besondere
Eigenheit entdeckt: In der Hefe nimmt es Hitzestress autonom wahr. Bei
normalen Temperaturen ist es nicht aktiv, schaltet sich aber bei Hitze
selbstständig ein und entfaltet blitzschnell seine Schutzwirkung. Dies
zeigten Versuche bei verschiedenen Temperaturen. Lässt man ein
Testprotein bei 25°C verklumpen, so zeigt das nicht aktivierte Hsp26
keinen Effekt. Erhöht man die Temperatur aber für nur zehn Sekunden
auf 36°C, dann bewahrt Hsp26 schon die Hälfte des Testproteins vor dem
Verklumpen. Und nach fünf Minuten bei Hitzestress bleibt das
Testprotein in Gegenwart von Hsp26 zu 100 Prozent intakt.
Welcher Mechanismus dem zugrunde liegt, haben die TUM-Biotechnologen
jetzt herausgefunden. Das Aktivierungssignal ist eine
temperaturabhängige Umlagerung innerhalb des Hsp26-Moleküls. Die
Forscher konnten sogar den exakten Ort dieses molekularen
Temperatursensors lokalisieren - eine als Mitteldomäne bezeichnete
Region. Und sie wiesen nach, dass der Sensor in einem engen
Temperaturbereich zwei Stellungen einnehmen kann: inaktiv und aktiv.
Die Struktur der Mitteldomäne bestimmt, ob und wann Hsp26 aktiv wird
und seine Schutzfunktion wahrnimmt. Das hier entdeckte Prinzip, eine
Temperaturänderung in eine molekulare Strukturänderung umzusetzen,
könnte auch für die Nano-Biotechnologie von Interesse sein.
Quellen und Artikel:
-
Titus M. Franzmann, Petra Menhorn, Stefan Walter and Johannes
Buchner: Activation of the Chaperone Hsp26 Is Controlled by the
Rearrangement of Its Thermosensor Domain.
In: Molecular Cell, Volume 29, Issue 2, 1 February 2008,
Pages 207-216;
doi: 10.1016/j.molcel.2007.11.025.
