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Nachrichten und Pressemeldungen aus Labor und Analytik

07.08.2015

Flüssig oder fest? Wie über die Struktur von RNA-Proteinkomplexen in der Zelle entschieden wird


P-Bodies und Stress Granules sind mit dem Mikroskop gerade noch als körnchenartige Strukturen in der Zelle erkennbar. Sie formen sich, wenn die Zelle etwa bei Hitze oder Nährstoffmangel unter Stress gerät und die Produktion der Protein-kodierenden RNA umstellt. Die RNA, die dann zunächst nicht mehr gebraucht wird, wird in P-Bodies und Stress Granules gelagert oder abgebaut, bis die Krisensituation vorüber ist. Dies hilft, freie Kapazitäten für die Produktion von Proteinen zu schaffen, die die Zelle unter Stress dringend braucht. Beide Strukturen stehen im Verdacht, bei neurodegenerativen Krankheiten Vorläufer von Ablagerungen im Gehirn zu sein. Diese abnormalen Ablagerungen haben eine sehr geordnete Struktur, die fest zusammenhängt und ein Auflösen nahezu unmöglich macht. Ob diese hochgeordnete Struktur auch in PBodies und Stress Granules von gesunden Zellen vorkommt, war bisher unklar.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) sind diese Frage nun angegangen und haben Überraschendes gefunden: P-Bodies und Stress Granules bilden unter normalen Umständen ganz andere, viel dynamischere Strukturen, die mit dem Krankheitsfall nicht zu tun haben. Bei der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) bilden sich Ablagerungen im Gehirn - seit der "Ice Bucket Challenge" und dem Film über den betroffenen Physiker Stephen Hawking hat fast jeder von dieser neurodegenerativen Krankheit gehört. Grund dafür ist wahrscheinlich, dass sich Proteine unter langanhaltendem Stress oder durch Mutationen falsch falten und dann sehr feste hochgeordnete Strukturen bilden.

Diese Proteine tauchen aber auch in gesunden Zellen auf, in sogenannten PBodies und Stress Granules. Beide membranlosen, körnchenartigen Strukturen bilden sich, wenn eine Zelle Stresssituationen überstehen muss. "Wir wollten mehr wissen über diese minikleinen Körnchen - ist ihre Struktur in gesunden Zellen die gleiche wie im Krankheitsfall?", beschreibt Sonja Kroschwald den Anfang der Untersuchungen.

RNA-Proteinkomplexe in gesunden Zellen sind viel dynamischer als im Krankheitsfall

Mit chemischen Verbindungen, die die Struktur erkennen, haben die Forscher sowohl P-Bodies als auch Stress Granules untersucht, und deren Bildung und Eigenschaften beobachtet. Es zeigte sich: Weder P-Bodies noch Stress Granules formen die gleichen festen Strukturen wie im Krankheitsfall, beide sind sehr viel dynamischer. Einen Unterschied scheint es aber doch zwischen den beiden zu geben: Während sich P-Bodies eher wie flüssige Tropfen verhalten, sind Stress Granules kompaktere Strukturen, die einem zellulären Kontrollsystem bestehend aus sogenannten "Chaperonen" unterliegen. Diese Proteine helfen anderen Proteinen dabei, sich richtig zu falten, nicht zu verklumpen und nach dem Stress wieder aufzulösen. Diese Beobachtungen machte das Forscherteam um Gruppenleiter Simon Alberti in einfachen Hefezellen. Der Blick in menschliche Zellen zeigte ein ganz anderes Bild: Hier liegen beide Strukturen in flüssiger Form vor. "Das bedeutet, dass die Eigenschaften und auch die Entstehungsart dieser Strukturen in verschiedenen Organismen nicht immer gleich sein müssen, sondern extrem unterschiedlich sein können", so Alberti.

Weitere Experimente sollen nun klären, ob die Fähigkeit, kompaktere Strukturen zu bilden, ein Schutzmechanismus von Hefezellen bei besonders harschen Stressbedingungen ist. Außerdem wollen die Forscher mehr darüber lernen, wie und wann P-Bodies und Stress Granules krankhaft und gefährlich werden können.

—> Originalpublikation

Quelle: Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik


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