Nr.23/10.Oktober 2002
Molekulare Maschinen für den Proteinabbau
Überlebenswichtiger Prozess – Eröffnungsvortrag von Nobelpreisträger Prof. Robert Huber zur Konferenz „Structural Genomics“ des Max-Delbrück-Centrums in Berlin-Buch
Proteine sind die Baustoffe und Maschinen des Lebens. Sie
halten die Zellen am Laufen. Was aber geschieht mit Proteinen, die nicht mehr
benötigt werden oder solchen, die fehlerhaft produziert und gefaltet, ihre
Aufgaben nicht erfüllen? Der Organismus verfügt über verschiedene molekulare
Maschinerien, die auf höchst ausgeklügelte Weise solche Proteine in ihre
Bestandteile zerlegen und abbauen. Wo dieser Aufräumprozess versagt, können
schwere Krankheiten wie zum Beispiel Alzheimer, Parkinson oder das Creutzfeld-Jakob-Syndrom
durch Proteinablagerungen entstehen. Nobelpreisträger Prof. Robert Huber vom
Max-Planck-Institut für Biochemie (Martinsried) stellte einige solcher
molekularer „Abräummaschinen“ auf der Internationalen Konferenz für „Structural
Genomics“ am Donnerstag, den 10. Oktober 2002 in Berlin-Buch bei seinem
Eröffnungsvortrag vor. Erst kürzlich hatte seine Arbeitsgruppe die Struktur
einer dieser Maschinen entschlüsseln können. Jetzt wollen die Wissenschaftler
herausfinden, wie diese Proteinabbaumaschine funktioniert. Sie hoffen, dass es
auf dieser Basis möglich sein wird, Medikamente zu entwickeln, die die
gefürchteten Eiweißablagerungen verhindern.
Proteine erfüllen die vielfältigsten Aufgaben in- und außerhalb der Zelle: von der Signalgebung, über Stützfunktionen bis hin zur Sicherstellung des Energiebedarfs. Dementsprechend variabel ist auch ihre Lebensdauer: sie reicht von wenigen Minuten bei einigen Proteinen, die bestimmte Abschnitte der Zellteilung steuern, bis zur gesamten Lebensdauer eines Organismus, wie etwa bei Proteinen der Augenlinse.
Für den Abbau solcher Proteine, die im Innern der Zelle tätig sind, gibt es spezielle „Müllwagen“, die so genannten Proteasomen. Sie schlucken und verarbeiten allerdings nur solche Proteine, die von Helfermolekülen entsprechend markiert sind. Sie müssen entweder ein „Verfallsdatum“ tragen, oder als „Ausschussware“ der Proteinfabrik der Zelle, die Ribosomen, gekennzeichnet sein. Defekte Proteine, die nicht abgebaut werden, können in sich aber auch mit anderen Eiweißmolekülen verklumpen. Lagern sie sich in Nervenzellen ab, entstehen die gefürchteten Eiweißklumpen (Plaques) bei der Alzheimerschen Krankheit oder dem Creutzfeld-Jakob-Syndrom.
Um die Zahl defekter Proteine möglichst klein zu halten, produziert der Körper bestimmte Moleküle, die so genannten Hitzeschockproteine. Darunter gibt es „Anstandsdamen“ (engl. Chaperon), die vom Weg abgekommene, also defekte Proteine, reparieren. Gelingt das nicht, tritt eine andere Gruppe von Proteinen auf den Plan, die so genannten Proteasen. Diese zerlegen die Proteine in ihre Bestandteile und sorgen dafür, dass sie abgebaut werden.
Prof. Huber und seine Mitarbeiter konnten kürzlich die dreidimensionale Struktur eines solchen Abbauhelfers entschlüsseln. Das besondere daran, dieses Hitzeschockprotein eines Bakteriums (E. coli) verfügt über beide beschriebene Eigenschaften: es kann sowohl Proteine reparieren, als auch Proteine entsorgen. Vermutlich war nur die eine Eigenschaft, das Abbauen bekannt, als man dem Protein seinen Namen gab. Es wird kurz als DegP (Degradation periplasma – Abbau-Protein im Periplasma) bezeichnet. Offenbar handelt es sich bei DegP um ein völlig neues System, ein Chaperon-Protease-System, wie Prof. Huber in Berlin berichtete. Die Hoffnung ist, dass es auf Grundlage dieser Erkenntnise in Zukunft möglich wird, neuartige Medikamente zu entwickeln. Diese müssten Helfereiweiße so steuern, dass sie entweder schadhafte Proteine reparieren oder defekte Proteine abbauen und so verhindern, dass sich Ablagerungen in Nervenzellen bilden und schwere Erkrankungen wie Alzheimer oder Creutzfeld-Jakob auslösen.
Die Konferenz in Berlin-Buch, die am Sonntag, den 13. Oktober 2002 zu Ende geht, wird vom Bundesforschungsministerium, der Europäischen Kommission (SPINE Network), den US-amerikanischen National Institutes of General Medical Sciences (NIGMS) und dem MDC unterstützt. Organisatoren sind unter anderem Prof. Udo Heinemann (MDC und Freie Universität Berlin, Sprecher der Proteinstrukturfabrik und Vertreter der Europäischen Sektion in der ISGO), Prof. Thomas C. Terwilliger (Los Alamos National Laboratory, Los Alamos/USA und Sprecher der nordamerikanischen Sektion der ISGO), Prof. Shigeyuki Yokomaya (Riken Genomic Sciences Center, Yokohama/Japan und Sprecher der asiatischen Sektion der ISGO).
Barbara Bachtler
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