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Kein Eintritt ohne Proteinrecycling

24. Januar 2012 in Wissenschaft

RUB-Forscher entdecken neuen Zusammenhang bei Enzymtransport

Journal of Biological Chemistry: Kopplung von In- und Export

Forscherinnen und Forscher der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Dr. Ralf Erdmann (Medizinische Fakultät, Abteilung Systembiochemie) haben einen neuen Zusammenhang zwischen Import und Export von Proteinen der Peroxisomen entdeckt. Im Journal of Biological Chemistry berichten sie, dass Enzyme erst in das Innere bestimmter Zellorganellen (Peroxisomen) gelangen, wenn sichergestellt ist, dass ihr Transportprotein (Rezeptor) recycelt wird. Bisher ging man davon aus, dass es sich um getrennte Vorgänge handelt.

Multifunktionswerkzeug Peroxisom

Peroxisomen verfügen über keine eigene DNA. Damit sie trotzdem ihre Aufgabe erfüllen können, sind alle notwendigen Proteine im Zellkern codiert und werden ins Peroxisom importiert. Die Bochumer Mediziner erforschen, wie genau dieser Vorgang abläuft. Insgesamt enthalten Peroxisomen über 50 verschiedene Enzyme, die z.B. Fettsäuren abbauen, Wasserstoffperoxid entsorgen oder auch Plasmalogene, den Hauptbestandteil der weißen Substanz im Gehirn, bilden. Sind sie in ihrer Funktion gestört, verursacht dies nicht nur schwere Stoffwechselstörungen, sondern kann bei Neugeborenen sogar zum Tod führen.

Der PTS2-Rezeptor erkennt bestimmte Proteine (P) in der Zellflüssigkeit und transportiert sie zur Oberfläche des Peroxisoms. Dabei binden sich die Proteine direkt an Pex7p (7), während Pex18p (18) den ersten Kontakt zur Membran herstellt. Entscheidend ist, dass Pex7p und sein Kargoprotein erst das Innere des Peroxisoms erreichen, wenn Pex18p mit dem Exportsignal Ubiquitin (Ub) durch die Export-Maschinerie (nicht gezeigt) modifiziert wurde. Ist die Modifikation erfolgt, wird das Kargoprotein über die Membran transportiert und Pex18p und Pex7p werden zurück in die Zellflüssigkeit befördert. © Abteilung Systembiochemie der RUB

Exportsignal steuert Recycling

Dynamische Rezeptoren erkennen und eskortieren die für das Peroxisom bestimmten Enzyme zur Organelle und verbinden sich dort mit der Membran. Dann löst sich der Rezeptor-Enzym-Komplex auf und das Enzym gelangt in das Innere des Peroxisoms. Der Rezeptor wird aus der Membran heraus wieder in die Zellflüssigkeit transportiert und dort von neuem eingesetzt. Gesteuert wird dieses Recycling durch ein Exportsignal, das Proteinelement Ubiquitin, welches an den Rezeptor andockt.

Modifikation als Sicherheitsbarriere

Erdmanns Team untersuchte das PTS2-Rezeptor-Modul, das aus einer Zielsteuerungseinheit (Pex18p) und einer Enzym-Bindeeinheit (Pex7p) besteht. Hierbei stellten die Wissenschaftler fest, dass Ubiquitin Pex18p so modifiziert, dass es dem Rezeptor möglich ist in die Zellflüssigkeit zurückzukehren. Erst nach dieser Modifikation tritt die Enzym-Bindeeinheit in die Organelle ein und das transportierte Enzym gelangt in das Peroxisom. „Die enge Kopplung dieser beiden augenscheinlich entgegengesetzt wirkenden Schritte, eröffnet gänzlich neue Ansätze für die Frage, wie Proteine über Membranen transportiert werden“, so Erdmann.