Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Neues aus der Forschung

Meldung vom 10.08.2018

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert


180810-1629_medium.jpg
 
Die Aktin-Aminosäurekette (Mitte) wird im Hohlraum des Chaperonins TRiC in die korrekte 3D-Struktur gefaltet.
D. Balchin, G. Milicic, M. Strauss, M. Hayer-Hartl, F.-U. Hartl
Pathway of Actin Folding Directed by the Eukaryotic Chaperonin TRiC
Cell, August 2018

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und Muskelkontraktion unterschiedliche Funktionen ausübt. Wie alle Proteine wird Aktin an den Ribosomen „geboren“. Dies sind die Proteinfabriken der Zellen, die Aminosäuren zu einer langen Kette zusammenfügen. Neu synthetisierte Proteine an den Ribosomen sind noch nicht in der Lage, ihre molekularen Funktionen in der Zelle auszuüben. Um ihre volle Aktivität zu erreichen, müssen sie zunächst die richtige dreidimensionale Faltung annehmen. Bislang glaubte man, dass nicht nur die Information fuer die fertig gefaltete Struktur eines Proteins, sondern auch die Anleitung für den Faltungsweg in der Aminosäuresequenz kodiert sind. Forscher der Abteilung „Zelluläre Biochemie“ des MPIB-Direktors F.-Ulrich Hartl haben nun nachgewiesen, dass dies für das universale Protein Aktin nicht der Fall ist.

Chaperone helfen bei der Proteinreifung

Kinder verfügen bereits bei der Geburt über die natürliche Fähigkeit, sich zu Erwachsenen zu entwickeln. Ihr Reifungsprozess benötigt Zeit und wird durch die elterliche Fürsorge unterstützt. Institutionen wie der Kindergarten helfen Kindern, diesen Prozess sicher zu durchlaufen, indem sie sie von schädlichen Einflüssen fernhalten. Neu-synthetisierte Proteine werden von Chaperonen, molekularen Faltassistenten, vor intermolekularen Wechselwirkungen geschützt, die ihre Faltung behindern würden. Falsch gefaltete Proteine können toxische Klumpen bilden, die Zellen beschädigen und zur Entwicklung von Alzheimer und Parkinson beitragen. Obwohl sich Proteine auch in ihrer Abwesenheit falten können, unterstützen Chaperone daher die Zellgesundheit, indem sie die Effizienz der Faltung verbessern.

Anders als alle bislang untersuchten Proteine kann Aktin seine Faltung nicht ohne das Chaperonin TRiC erwerben. „In der Regel finden Proteine ihre Faltung spontan – Chaperone unterstützen sie lediglich dabei, indem sie den Prozess effizienter machen und das Protein vor Wechselwirkungen bewahren, die ihre Faltung behindern würden. Doch bei Aktin liegt der Fall anders – es benötigt unbedingt die molekulare Falthilfe von TRiC. Aktin ist wie ein Kind, das nie ein reifer Erwachsener wird, wenn es nicht den TRiC-Kindergarten besucht“, sagt der Erstautor der Studie David Balchin.

Im Vergleich zu ähnlichen Proteinen, die das Zytoskelett von Bakterien – evolutionär älteren und einfacheren Zellen – bilden, fanden die Forscher grundlegende Unterschiede bei der Proteinfaltung. „Aktin verfügt über viel mehr Proteininteraktionspartner als die bakteriellen Zytoskelettproteine, hat aber seine Fähigkeit zur eigenständigen Faltung verloren. Es scheint, als ob dieser molekulare Kompromiss die Vielseitigkeit des Aktins ermöglicht“, so Balchin. Durch die Koevolution von TRiC und Aktin konnte Aktin die Verantwortung für die Proteinfaltung an das Chaperonin „outsourcen”.

Die Struktur führt zur Funktion

Die Organisation von Bakterienzellen ist weniger komplex als die höher entwickelter Zellen. Bakterielle Zytoskelettproteine benötigen zum effizienten Erreichen eines Faltzustands ebenfalls die Hilfe von Chaperonen. Einfachere Chaperone, wie man sie in Bakterien findet, können Aktin nicht in seine reife Form falten. Die Forscher klärten die Proteinstruktur von TRiC auf, um seine Funktion zu untersuchen, und stellten fest, dass es über einen speziellen Wirkmodus für die Aktinfaltung verfügt. Während bakterielle Chaperone sieben identische Untereinheiten umfassen, besteht TRiC aus acht unterschiedlichen Untereinheiten. Diese Untereinheiten bilden einen Hohlraum, in dessen Inneren das Aktin gefaltet wird. „Während der Aktinfaltung verändert sich auch die TRiC-Struktur. Wir stellten eine asymmetrische Bewegung des Chaperons fest, die von der Bindung und Lyse des Energie transportierenden Moleküls ATP koordiniert wird. Dieser Vorgang ist weitaus komplexer als die bislang bekannte chaperonunterstützte Proteinfaltung.“



In der Studie zu Aktin wird erstmals ein sich nicht selbst faltendes Protein beschrieben. „Die Proteineigenschaften betreffend betreten wir mit unserer Studie Neuland“, sagt MPIB-Direktor F.-Ulrich Hartl. Der Nachweis dieser außergewöhnlichen Chaperonabhängigkeit bricht mit dem Dogma, dass alle Proteine in ihrer Aminosäuresequenz über die natürliche Fähigkeit zur Faltung verfügen. „Aktin“, fügt Hartl hinzu, „ist nur ein Beispiel für Proteine, die durch TRiC gefaltet werden, wenn auch ein sehr prominentes. TRiC fungiert jedoch als Chaperon für etwa zehn Prozent aller Proteine. Wir fangen gerade erst an zu verstehen, welche Auswirkungen diese spezielle Unterstützung bei der ‚Proteinbetreuung‘ auf die Zellen hat.“


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 19.01.2019 14:41

Sehen was du fühlst

Gefühle, Motivation und Handlungen entstehen in unserem Gehirn. Eine zentrale Rolle dabei spielt die Kommunik ...

Meldung vom 19.01.2019 14:29

Wenn für Fischlarven die Nacht zum Tag wird

Biologinnen der Universität Siegen haben herausgefunden, dass Zebrafischlarven Infrarotlicht wahrnehmen könn ...

Meldung vom 19.01.2019 14:22

Süßwasserfische der Mittelmeerregion in der Klimakrise

Viele Süßwasserfische Europas sind durch den Klimawandel zukünftig stark bedroht. Dies gilt insbesondere f ...

Meldung vom 19.01.2019 14:12

Auch künstlich erzeugte Zellen können miteinander kommunizieren: Modelle des Lebens

Friedrich Simmel und Aurore Dupin, Forschende an der Technischen Universität München (TUM), ist es erstmals ...

Meldung vom 19.01.2019 14:05

Insekten lernten das Fliegen erst an Land

Analyse genetischer Daten weist auf Bodenoberfläche als Lebensraum ursprünglicher Fluginsekten hin.

Meldung vom 17.01.2019 13:47

Mieser Fraß: Wie Mesozooplankton auf Blaualgenblüten reagiert

Warnemünder MeeresforscherInnen ist es mithilfe der Analyse von stabilen Stickstoff-Isotopen in Aminosäuren ...

Meldung vom 17.01.2019 13:41

Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum e ...

Meldung vom 17.01.2019 13:31

Plötzlich gealtert

Coralline Rotalgen gibt es seit 130 Millionen Jahren, also seit der Kreidezeit, dem Zeitalter der Dinosaurier. ...

Meldung vom 17.01.2019 13:19

Mehr Platz für Vögel und Schmetterlinge in der Landwirtschaft

Um den schwindenden Bestand von Vögeln und Schmetterlingen im Schweizer Kulturland wieder zu erhöhen, müsse ...

Meldung vom 17.01.2019 13:14

Ernst Haeckel als Erzieher

Biologiedidaktiker der Uni Jena geben Reprint der Dodel-Schrift „Ernst Haeckel als Erzieher“ mit heraus.

Meldung vom 17.01.2019 13:10

Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken d ...

Meldung vom 17.01.2019 13:04

Menschliche Darmflora durch Nanopartikel in der Nahrung beeinflussbar

Neue Studie der Universitätsmedizin Mainz über die (patho)biologischen Auswirkungen von Nanopartikeln auf da ...

Meldung vom 10.01.2019 19:47

Erster direkter Nachweis eines Wal jagt Wal - Szenarios in früheren Ozeanen

In einer im open-access Journal PLOS ONE publizierten Studie, liefern Manja Voss, Paläontologin am Museum fü ...

Meldung vom 10.01.2019 19:33

Zahnwechsel sorgt bei Elefanten für Jojo-Effekt

Das Gewicht von Zoo-Elefanten schwankt im Laufe ihres erwachsenen Lebens in einem Zyklus von etwa hundert Mona ...

Meldung vom 10.01.2019 19:24

Intensives Licht macht schläfrig

Insekten und Säugetiere besitzen spezielle Sensoren für unterschiedliche Lichtintensitäten. Diese nehmen ge ...

Meldung vom 10.01.2019 19:11

Alpenwanderung mit Folgen: Forscher verifizieren fast 70 Jahre alte genetische Hypothese

An einer Orchideen-Population in Südtirol belegen Forscher der Universitäten Hohenheim, Zürich und Wien die ...

Meldung vom 08.01.2019 17:54

Clevere Tiere upgraden ihr Genom

Puzzlestein in der Evolution der Tintenfische entschlüsselt - Kopffüßer wie Tintenfisch, Oktopus oder Nauti ...

Meldung vom 08.01.2019 17:45

Gekommen, um zu bleiben: Drachenwels aus Ostasien in der bayerischen Donau

Die bayerische Donau ist inzwischen Heimat für viele Fisch- und andere Tierarten, die ursprünglich nie dort ...

Meldung vom 08.01.2019 17:37

Entwicklung eines grösseren Gehirns

Ein Gen, das nur der Mensch besitzt und das in der Großhirnrinde aktiv ist, kann das Gehirn eines Frettchens ...

Meldung vom 07.01.2019 16:31

Bei Blaumeisen beeinflusst das Alter der Weibchen und die Legefolge die Qualität der Eier

Brütende Blaumeisen-Weibchen stimmen die Zusammensetzung ihrer Eier auf die Bedürfnisse der aus ihnen schlü ...

Meldung vom 07.01.2019 16:03

Phytolith- und Wassergehalt von Futterpflanzen beeinflussen Zahnschmelzabrieb von Wirbeltieren

Verschiedene Futterpflanzen reiben den Zahnschmelz von Wirbeltieren unterschiedlich stark ab, was unter andere ...



26.12.2018:
Baum der Schrecken
24.11.2018:
Wenn das Meer blüht
24.11.2018:
Durchsichtige Fliegen
15.11.2018:
Plastik im Fisch
03.10.2018:
Gestresste Pflanzen

13.08.2018:
Wie Vögel lernen
20.07.2018:
Magie im Reagenzglas

18.06.2018:
Primaten in Gefahr
28.05.2018:
Störche im Aufwind
07.05.2018:
Misteln atmen anders

27.03.2018:
Kenne Deinen Fisch!
01.09.2016:
Elefanten im Sinkflug
13.12.2015:
Leben ohne Altern
22.05.2014:
Lebensraum Käse
22.05.2014:
Domino im Urwald
04.04.2014:
Nationalpark Asinara
13.03.2014:
Trend-Hobby Imker
04.09.2013:
Harmloser Terrorvogel
07.02.2013:
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung