Bei Stress bleibt die Qualität auf der Strecke
Zell-Mechanismus zum Stopp der Qualitätskontrolle der Genexpression gefunden
Unter Stress können viele Proteine in menschlichen und tierischen Zellen nicht mehr richtig arbeiten. Ein natürlicher Mechanismus bewahrt die Zelle vor diesem Funktionsausfall, indem er dafür sorgt, dass bevorzugt stabilisierende Proteine hergestellt werden, die vor Stress und damit dem „Kaputtgehen“ der normalen Proteine schützen. Forscher der Universität Göttingen haben herausgefunden, wie diese überlebenswichtige Maßnahme der Zellen funktioniert.
Modell zur Studie.
Prof. Dr. Heike Krebber, Universität Göttingen
Im Normalbetrieb verläuft die Herstellung eines Proteins immer unter einer Qualitätskontrolle, so das Wissenschaftlerteam vom Institut für Mikrobiologie und Genetik. Die Gen-Information wird von der Zell-DNA auf die Boten-RNA, die so genannte mRNA, kopiert und aus dem Zellkern ins Zytoplasma exportiert. Dort übersetzen Ribosomen, die Synthese-Maschinen der Zelle, die mRNA in Proteine. Diese Qualitätskontrolle fällt bei Stress aus. „Die Zelle nimmt in Kauf, dass die für Stress-Proteine kodierenden mRNAs Fehler enthalten können, um schnell die Stabilisierungsproteine in der Zelle zur Verfügung zu stellen“, so die Leiterin der Studie Prof. Dr. Heike Krebber, Direktorin der Abteilung Molekulare Genetik.
Die Qualitätskontrolle erfolgt im Normalbetrieb über Wächter-Proteine. Bei Stress entfernen die Wächter-Proteine den Export-Rezeptor von den mRNAs, sodass normale mRNAs nicht mehr ins Zytoplasma transportiert und in Proteine übersetzt werden. An stressspezifische mRNAs, mit der stabilisierende Proteine hergestellt werden, bindet der Export-Rezeptor jedoch direkt, sodass diese weiter ungehindert ins Zytoplasma gelangen. „Das Spannende dabei ist“, so Prof. Krebber, „dass diese stressspezifischen mRNAs nicht qualitätskontrolliert werden und ohne Wächter-Proteine auf die Reise geschickt werden. Wir haben also einen zellulären Mechanismus entdeckt, mit dem die Zelle stressspezifische mRNAs ohne Kontrolle schnell in Proteine übersetzen lassen kann, was das zelluläre Überleben ermöglicht.“
Gesteuert wird der Wächter-Protein-unabhängige mRNA-Export vom „Promoter“ der Gene, der wie ein Schalter für die mRNA-Synthese funktioniert. Der Promoter bestimmt, welcher DNA-Abschnitt in Boten-RNA übersetzt wird. Das wird deutlich in Zellen, in denen der Promoter eines normalen Gens durch den eines Stress-spezifischen Promoters experimentell ausgetauscht wird. Dieser Mechanismus ermöglicht, dass Zellen länger einen Stresszustand überleben können. „Dies ist für das grundlegende Verständnis der molekularen Regulationskreisläufe in Zellen wichtig und stellt neue Erkenntnisse für weitreichende Therapien dar. Dabei ist insbesondere die fehlende Qualitätskontrolle in langfristig gestressten Zellen ein interessanter Aspekt, der weiter erforscht werden soll“, so Prof. Krebber.
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