Proteine sind die molekularen Bausteine und Maschinen der Zelle und an praktisch allen biologischen Prozessen beteiligt. Um ihre Aufgaben zu erfüllen, müssen sie zu einer komplizierten dreidimensionalen Struktur gef altet werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biochemie (MPIB) in Martinsried bei München haben nun einen der Schlüsselakteure dieses F altungsprozesses analysiert: das molekulare Chaperon DnaK. „Das Verständnis dieser Mechanismen ist angesichts der vielen Krankheiten, bei denen die F altung schief geht, wie Alzheimer oder Parkinson, von großem Interesse“, sagt Ulrich Hartl, Direktor des MPIB.
Die Arbeit der Forscher wurde nun in Cell Reports veröffentlicht.
Proteine sind für fast alle biologischen Funktionen verantwortlich. Die Zellen des menschlichen Körpers synthetisieren ständig Tausende verschiedener Proteine in Form von Aminosäureketten. Um biologisch nützlich zu sein, müssen sich diese Ketten zu einem komplexen dreidimensionalen Muster f alten. Wenn dieser schwierige Prozess schief geht, kann dies zu nutzlosen oder sogar gefährlichen Proteinklumpen führen. Alle Zellen, vom Bakterium bis zum Menschen, haben daher ein Netzwerk aus molekularen Chaperonen, Proteinen selbst, entwickelt, die anderen Proteinen helfen, sich richtig zu f alten.
Wissenschaftler des MPIB haben nun die Organisation dieses Netzwerks im Bakterium Escherichia coli untersucht. Mit proteomischen Analysen zeigen sie, wie verschiedene Chaperone beim F altungsprozess zusammenarbeiten. „Als zentralen Akteur des Netzwerks haben wir das Hsp70-Protein DnaK identifiziert“, erklärt Ulrich Hartl. „Er fungiert als eine Art Drehscheibe.„ DnaK bindet an etwa 700 verschiedene Proteinketten, während sie synthetisiert werden. Darüber hinaus vermittelt DnaK die F altung der meisten dieser Proteinketten. Diejenigen, die es nicht f alten kann, werden auf ein weiteres Chaperon übertragen, das tonnenförmige GroEL. GroEL ist eine hochspezialisierte F altung Es bildet einen Nano-Käfig, in dem eine einzelne Proteinkette vorübergehend eingeschlossen ist und sich geschützt vor äußeren Einflüssen f alten kann.
Störungen im Chaperone-Netzwerk
Die Forscher untersuchten auch, was passiert, wenn das Begleitnetzwerk gestört wird. Wenn beispielsweise GroEL aus den Zellen entfernt wird, reichern sich seine Client-Proteine auf DnaK an, das sie dann zum Abbau zu Proteasen transportiert. „Offenbar ist DnaK klar, dass die angehängten Proteinketten niemals zu nützlichen Molekülen heranreifen können“, sagt der Biochemiker. Ähnliche, aber noch kompliziertere Chaperon-Netzwerke kontrollieren das Proteom menschlicher Zellen. Das Verständnis dieser Reaktionen ist angesichts der vielen neurodegenerativen Erkrankungen, bei denen die F altung schief geht, von großem Interesse.
