Proteinmodifikationen: Süße Repression

5. Dezember 2014
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Ohne GlcNAc-Anhängsel verklumpen Ph-Proteine, können keine Genaktivitäten mehr regeln und verlieren so den Einfluss auf das Schicksal der Zellen. Dieser Mechanismus, den Biochemiker entdeckten, erklärt, wie diese Zuckerreste die Entwicklung des Körpers beeinflussen können.

Proteine sind für alle lebenswichtigen Prozesse in den Zellen unseres Körpers verantwortlich. Doch sie sind nicht allein: auf vielen Proteinen befinden sich kleine Zuckermoleküle, die für ihre Funktion wichtig sind. Eine bestimmte Klasse davon, das sogenannte O-gebundene N-Acetylglucosamin oder O-GlcNAc, ist sogar so wichtig, dass unsere Zellen ohne es gar nicht überleben können. Warum genau das so ist, ist bisher noch nicht ganz klar. Die Wissenschaftler Maria Cristina Gambetta und Jürg Müller am Max-Planck-Institut für Biochemie haben sich dieser Frage aber nun genähert, indem sie versuchten, einzelne wichtige Moleküle zu identifizieren, die ohne GlcNAc nicht mehr funktionieren. Die Verwendung des Modellorganismus Drosophila, der Fruchtfliege, hat ihnen genau dies ermöglicht.

Vergessliche Zellen

Die Forscher konnten zeigen, dass Fliegen, deren Zellen kein GlcNAc an die Proteine anhängen können, schwere Störungen in ihrer Entwicklung aufwiesen: konkret „vergaßen“ die Zellen schlichtweg, welches Körperteil sie zu bilden hatten. „Dieses Phänomen war uns schon von Experimenten mit anderen Proteinen bekannt“, erklärt Maria Cristina Gambetta, Erstautorin der Studie. „Zellen, denen Proteine der sogenannten Polycomb-Gruppe fehlen, zeigen genau diese Art von Störungen.“ Polycomb-Proteine sind so etwas wie das molekulare Gedächtnis der Zellen. Sie schalten gezielt einzelne Gene aus und bestimmen so das Schicksal und die künftigen Aufgaben der Zelle. Doch wie passten diese beiden Ergebnisse zusammen?

GlcNAc-Moleküle verhindern Proteinen-Verklumpung

In weiteren Analysen fanden die Wissenschaftler heraus, dass ein bestimmtes Polycomb-Protein mit dem Namen Polyhomeotic, kurz Ph, unbedingt auf den GlcNAc-Zuckeranhang angewiesen ist. Dies hängt laut den Forschern vor allem damit zusammen, dass die einzelnen Ph-Moleküle ohne die GlcNAc-Anhängsel ungeordnet aneinander geraten und verklumpen. In dieser Form kann Ph keine Genaktivitäten mehr regeln und verliert daher seinen Einfluss auf das Schicksal der Zellen. „Der Mechanismus, dass GlcNAc-Moleküle ein Verklumpen von Proteinen verhindern, war bisher noch völlig unbekannt“, ordnet Jürg Müller die Ergebnisse ein. „Zudem konnten wir zeigen, dass dies der wichtigste auf GlcNAc beruhende Prozess in der Fruchtfliege ist.“

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Um Gene in bestimmten Zellen abzustellen (kein schwarzes Signal) benötigt der Fliegenembryo das Protein Polyhomeotic (Ph), dem kleine Zuckermoleküle (O-GlcNAc, pink) angehängt sind. Bild: Maria Gambetta / © MPI für Biochemie

Das menschliche Ph-Protein verklumpt auch

Aber zurück zu uns Menschen: Lassen sich die Ergebnisse der Forscher übertagen? In der aktuellen Studie konnten die Wissenschaftler zeigen, dass das menschliche Ph-Protein, welches große Ähnlichkeiten mit dem Fruchtfliegen Ph hat, beim Fehlen der Zuckeranhängsel ebenfalls verklumpt. „Es wird spannend sein, nun zu sehen, welche Auswirkungen das Fehlen von GlcNAc auf die verschiedenen biologischen Prozesse hat, die durch Ph geregelt werden“, gibt Maria Cristina Gambetta die Richtung für die Zukunft vor.

Originalpublikation:

O-GlcNAcylation Prevents Aggregation of the Polycomb Group Repressor Polyhomeotic
M.C. Gambetta et al.; Developmental Cell, doi: 10.1016/j.devcel.2014.10.020; 2014

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