Mobilität zählt - auch bei Proteinen

Wissenschaftler entdecken neuen Mechanismus bei zellulärer Signalweiterleitung

October 14, 2008
Modell der DcuS-vermittelten Signalübermittlung. Das DcuS-Protein befindet sich in enger Umklammerung mit einem weiteren DcuS-Protein. Bei Aktivierung trennen sich die Domänen beider DcuS-Proteine im Zellinneren voneinander und lösen über ihre neu gewonnene Mobilität eine chemische Signalkette aus.

Feind oder Freund? Bereits kleinste Organismen wie Bakterien müssen auf eine Vielzahl von Signalen aus ihrer Umgebung reagieren. Sie besitzen dazu in ihrer Zellmembran winzige Empfangs-Antennen - sogenannte Sensor-Proteine - die die Reize auffangen. Doch wie werden die aufgefangenen Signale über die Hüllmembran ins Zellinnere übermittelt? Wie ein internationales Wissenschaftlerteam vom Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie zusammen mit Kollegen der Universität Mainz herausgefunden hat, spielt bei einigen Sensor-Proteinen ihre "Bewegungsfreiheit" eine wichtige Rolle. (Nature Structural & Molecular Biology, 28. September 2008)

Werden Signale von der Außenseite der Zellmembran ins Zellinnere übermittelt, löst sich das Sensor-Protein Histidin-Kinase (DcuS) aus seiner Umklammerung mit seinem Proteinpartner. Bestimmte Bereiche des Proteins werden dadurch äußerst mobil. Um einen ersten Einblick zu gewinnen, wie dieser Signalübertragungsprozess im Detail abläuft, untersuchten die Forscher die Histidin-Kinase DcuS genauer. Dazu kombinierten sie ihre Ergebnisse aus der Kernspinresonanz-Spektroskopie mit strukturellen Modellierungen und Mutagenese-Experimenten. "Derart unterschiedliche Methoden zu kombinieren, ist ein neuer Ansatz. Nur so konnten wir nachweisen, dass die Aktivierung der Histidin-Kinase DcuS in Zellmembranen direkt mit ihrer Proteindynamik zusammenhängt", erklärt Marc Baldus vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie.

Mit Hilfe der Mutagenese-Experimente ist es den Wissenschaftlern darüber hinaus gelungen, diejenigen Bereiche des Proteins zu identifizieren, die bei der Aktivierung eine entscheidende Rolle spielen. Dabei wurden gezielt verschiedene Bereiche des Proteins nacheinander verändert und anschließend getestet, ob das Protein dadurch seine Funktion verliert. "Wird das DcuS durch ein Signal aktiviert, trennen sich die Bereiche des DcuS, die ins Zellinnere ragen. Ihre Mobilität wird dann in ein längerlebiges chemisches Signal übersetzt, das eine Signalkette auslöst", sagt Christian Griesinger, Leiter der Abteilung NMR-basierte Strukturbiologie am Max-Planck für biophysikalische Chemie.

Nicht nur Bakterien, sondern auch andere Organismen bis hin zum Menschen besitzen Sensor-Proteine mit ganz ähnlichen Bereichen. "Solche grundlegenden Mechanismen werden üblicherweise von der Natur nicht nur für einen Zweck erfunden", so Baldus. Der Wissenschaftler hält es für durchaus wahrscheinlich, dass weitere Sensor-Proteine, die an der zellulären Signalweiterleitung beteiligt sind, ihre Aktivität durch Mobilität erlangen können. [cr]

Originalveröffentlichung

Manuel Etzkorn, Holger Kneuper, Pia Dünnwald, Vinesh Vijayan, Jens Krämer, Christian Griesinger, Stefan Becker, Gottfried Unden, and Marc Baldus: Plasticity of the PAS domain and a potential role for signal transduction in the histidine kinase DcuS. Nat. Struct. Biol. 15: 1031-1035 (2008).

Kontakt

Prof. Dr. Marc Baldus
NMR Spectroscopy Research Group
Bijvoet Center for Biomolecular Research, Utrecht University, Niederlande
Tel.: +31 30-2533801
E-Mail: m.baldus@uu.nl

Prof. Dr. Christian Griesinger
Max Planck Institut für biophysikalische Chemie
Abteilung NMR-basierte Strukturbiologie
Tel.: +49 551 201-2200
E-Mail: cigr@nmr.mpibpc.mpg.de

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