ETH stellt erstmals Aufbau grosser Proteinkomplexe dar

21. Dezember 2020 13:37

Zürich - ETH-​Forschende haben erstmals den Ablauf des Zusammenbaus von grossen Proteinkomplexen untersuchen können. Dazu haben sie eine neue Methode entwickelt, um den Zusammenbau grosser Proteinkomplexe hochaufgelöst nachzuverfolgen.

Eine Gruppe von Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) unter Leitung von Professor Karsten Weis hat mit einer von ihnen entwickelten Methode erstmals den Ablauf beim Zusammenbau von grossen Proteinkomplexen untersuchen können. Biologen konnten bisher die Struktur solcher Proteinkomplexe bestimmen. Wenig erforscht war aber, wie sich solche Komplexe aus Einzelproteinen zusammenfügen und mit der Zeit verändern.

Mit der neuen Methode können die Forschenden laut Medienmitteilung die Dynamik von Zusammensetzungsreaktionen aller Proteinkomplexe, auch sehr grosser, zeitlich hochaufgelöst nachverfolgen. Die Studie erschien soeben in der Fachzeitschrift „Cell“.

Die Forschenden untersuchten einen der grössten zellulären Komplexe: den Kernporenkomplex aus Hefezellen. In Anlehnung an die Methode, die bei Untersuchungen des Stoffwechsels durch das Einbringen radioaktiver Marker in bestimmte Zellen angewandt wird, hat die ETH-Gruppe leichte Aminosäuren in den Hefezellenkomplexen durch schwerere als Marker ersetzt und deren Weiterentwicklung im Zellkomplex anhand von Massenspektrometrie durch Messung des äusserst geringen Gewichtsunterschiedes nachverfolgt. Die neue Methode heisst KARMA (Kinetic analysis of incorporation rates in macromolecular assemblies).

„Wir konnten nun erstmals zeigen, dass einige Proteine sehr schnell für den Bau des Porenkomplexes verwendet wurden. Andere hingegen wurden erst nach einer Stunde in den Komplex eingebaut. Das dauert erstaunlich lange“, wird Professor Weis zitiert. Weshalb der Zusammenbau neuer Poren bezogen auf den Vermehrungszyklus der Hefe so lange dauert, ist nicht bekannt.

Kernporen gehören zu den wichtigsten Proteinkomplexen in Zellen, erläutert die Medienmitteilung. Sie sind verantwortlich für den Austausch von Stoffen und Molekülen zwischen dem Zellkern und dem Zellsaft. Kernporen sind zudem direkt oder indirekt an Krankheiten des Menschen beteiligt. So spielen Veränderungen an der Kernpore und ihrer Proteine bei Leukämien, neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer oder bei Diabetes eine Rolle.

„Obwohl wir „Karma“ in dieser Arbeit nur auf einen einzigen Proteinkomplex angewendet haben, sind wir begeistert über zukünftige Anwendungsmöglichkeiten, und unsere Methode erlaubt es nun, die zeitlichen Abläufe von vielen biologischen Prozessen zu entschlüsseln“, wird ETH-​Professor Weis zitiert. So sei es möglich, mit dieser Technik molekulare Ereignisse zu untersuchen, die während des Infektionszyklus’ von Viren - wie Covid-​19 - auftreten. Das könnte dann helfen, neue Wirkstoffkandidaten zu finden, die den Infektionszyklus unterbinden. gba 

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