Apoptose: Bax-Komplexe starten das Programm

19. August 2015
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Ein Bax-Protein reicht aus, um den programmierten Zelltod auszulösen. In der Membran eingebaut, entwickeln sich unterschiedlich große Molekül-Komplexe, die es Cytochrom c ermöglichen, aus den Mitochondrien auszutreten, und so die Apoptoseeinleitung unumkehrbar machen.

Das Protein Bax ist als Schlüsselregulator in der Apoptoseeinleitung bekannt. Durch die Aktivierung von Bax wird das Protein Cytochrom c aus den Mitochondrien in das Zellinnere entlassen. Für diesen Prozess muss die sonst dichte Membran der Mitochondrien durchlässig werden. Das Forscherteam unter der Leitung von Professorin Ana García-Sáez von der Universität Tübingen und Professor Joachim Spatz vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme hat untersucht, wie die Mitochondrienmembran durchlässig wird.

Die Experimente an künstlichen Membransystemen ergaben, dass das Protein Bax als einzelnes Molekül in die Membran eingebaut wird. Dort angekommen, bildet es in kürzester Zeit mit einem zweiten Bax-Molekül einen stabilen Zweierkomplex, das Bax-Dimer. Aus diesen Dimeren werden nun größere Komplexe gebildet. „Überraschenderweise haben die Bax-Komplexe keine einheitliche Größe, sondern wir haben eine Mischung aus verschieden großen Komplexen aus mehreren Bax-Dimeren gefunden“, sagt Dr. Katia Cosentino aus der Arbeitsgruppe von Professorin García-Sáez. Diese Bax-Komplexe bilden die Poren, durch die das Cytochrom c aus den Mitochondrien austritt.

Erste Aktivierung reicht für Apoptose aus

Der Prozess der Porenbildung wird von weiteren Proteinen fein gesteuert. Manche aktivieren den Zusammenbau der Bax-Elemente, andere fördern hingegen ihre Auflösung. „Die unterschiedliche Größe der Bax-Elemente bei der Porenbildung ist wohl mit dafür verantwortlich, dass frühere Untersuchungen der Porenbildung durch Bax widersprechende Ergebnisse geliefert haben“, meint Katia Cosentino.

Die Forscher können nun erste Empfehlungen für den Eingriff mit Medikamenten in den Apoptoseprozess ableiten: Um den Selbstmord von Zellen einzuleiten, müsste es ausreichen, den ersten Aktivierungsschritt der Bax-Proteine zu fördern, da die folgenden Schritte über Selbstorganisationsprozesse ablaufen. Umgekehrt lässt sich aus den neuen Erkenntnissen über den Mechanismus der Porenbildung schließen, dass die Apoptose verhindert werden kann, wenn Wirkstoffe die Zerlegung der Bax-Dimere in ihre Einzelelemente erzwingen.

Originalpublikation:

Bax monomers form dimer units in the membrane that further self-assemble into multiple oligomeric species
Ana García-Sáez et al.; Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms9042; 2015

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