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Proteinfabriken bei der Arbeit - Detaillierte Struktur von Ribosomen in Nervenzellen aufgeklärt |
 Die fein regulierte Proteinproduktion der Zelle findet an den Ribosomen statt. Welche Regulatoren steuern diese Abläufe in bestimmten Geweben und auf welche Weise? Das hat jetzt ein Forschungsteam der Charité – Universitätsmedizin Berlin anhand der detaillierten Struktur des Ribosomenkomplexes untersucht. Auf diese Weise konnte das Team einen neuen Regulationsfaktor für die Entwicklung des Gehirns identifizieren, wie jetzt im Fachmagazin Molecular Cell* beschrieben ist.
Eine fein ausbalancierte Herstellung von Proteinen – die
sogenannte Proteostase – ist vor allem für Nervenzellen von großer
Bedeutung. Eine irreguläre Proteinproduktion ist daher ein Kennzeichen
vieler Erkrankungen des Gehirns. Insbesondere die frühe Entwicklung der
komplexen Großhirnrinde – des Neocortex – erfordert eine örtlich und
zeitlich genau regulierte Produktion von Proteinen, insbesondere von
Membranproteinen, die bei Zellkontakten und der Verknüpfung von
Nervenzellen durch Synapsen eine wichtige Rolle spielen. Das Ribosom
steht als molekulare Proteinfabrik im Mittelpunkt dieser Steuerung.
Verschiedene Faktoren regulieren während der Entwicklung die spezifische
Proteinproduktion in unterschiedlichen Geweben und zu bestimmten
Zeitpunkten. Das dynamische Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren am
Ribosom ist weitgehend unverstanden. Einer Forschungsgruppe der Charité
ist es nun jedoch gelungen, die Proteinproduktion an den Ribosomen im
Gehirn nachzuverfolgen.
„Erstmals konnten wir die
Ribosomenstruktur im Gehirn mit nahezu atomarer Auflösung in Aktion
darstellen“, sagt Prof. Dr. Christian Spahn, Direktor des Instituts für
Medizinische Physik und Biophysik an der Charité. „Die Gesamtstruktur
des Ribosoms wurde zwar bereits in anderen Geweben oder anderen
Organismen aufgeklärt, nur auf diese Weise konnten wir jedoch Ebp1 als
neuen zentralen Faktor identifizieren, der die Ribosomenfunktion und die
Herstellung bestimmter Proteine während der Hirnentwicklung
kontrolliert.“ Das Regulatorprotein Ebp1 – das ErbB3-Bindeprotein 1 –
kontaktiert das Ribosom an dessen Tunnelausgang, wo ein neu entstehendes
Protein das Ribosom verlässt. Auf diese Weise beeinflusst der Regulator
insbesondere die Produktion von Membranproteinen, die für Zellkontakte
von Bedeutung sind, und hält damit die neuronale Proteostase aufrecht.
In
einem multidisziplinären Projekt verbanden die Forschenden
Strukturbiologie mit Neurowissenschaften und kombinierten
Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) als zentrale Technik mit
Massenspektrometrie, RNA-Sequenzierung und genetischen Methoden.
Mithilfe der Kryo-EM-Technik lassen sich Proteinstrukturen –
insbesondere große Anordnungen mehrerer Moleküle – bei sehr niedrigen
Temperaturen unter nahezu physiologischen Bedingungen bestimmen. Der
Neurowissenschaftler Dr. Dr. Matthew L. Kraushar vom Max-Planck-Institut
für molekulare Genetik (MPIMG) in Berlin, Erstautor der Publikation und
zuvor Wissenschaftler im Labor von Prof. Spahn, erklärt: „Uns war es so
möglich, die Molekülarchitektur des Ribosoms hochaufgelöst und so zu
betrachten, wie sie in den Nervenzellen vorliegt. Dabei konnten wir
Schnappschüsse von verschiedenen Funktionsmechanismen des Ribosoms
einfangen.“
„Die Proteinproduktion der verschiedenen Zelltypen im
Gehirn ist präzise reguliert, kleine Veränderungen können zu
folgenschweren Konsequenzen wie neurodegenerativen Erkrankungen und
Entwicklungsstörungen führen. Mit unseren Erkenntnissen zur Rolle der
Ribosomen während der normalen Hirnentwicklung können wir zukünftig auch
die krankhaften Veränderungen des Gehirns besser verstehen“, sagt Prof.
Spahn. Als nächstes wollen die Forschenden durch groß angelegte
Analysen genau verstehen, wie das Ribosom während der Entwicklung des
Gehirns die Produktion der verschiedenen benötigten Proteine
kontrolliert.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.charite.de/service/pressemitteilung/artikel/detail/proteinfabriken_bei_der_arbeit/
Quelle: Charité – Universitätsmedizin Berlin (12/2020)
Publikation:
*Kraushar
ML et al. Protein synthesis in the developing neocortex at near-atomic
resolution reveals Ebp1-mediated neuronal proteostasis at the 60S tunnel
exit. Mol Cell. 2020 Dec 22. doi: 10.1016/j.molcel.2020.11.037
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.11.037 |
