Wie schützt der Körper sich vor gesundheitsschädlichen Proteinen?

Fabian Peters
Fehlerhafte Proteine werden vom Körper erkannt und beseitigt
Gegen viel drohenden Schäden hat unser Körper Schutzmechanismen entwickelt, die auf natürlichen Prozessen beruhen und die in der Regel relativ effizient funktionieren. Zu diesen zählt beispielsweise auch die Entsorgung fehlerhafter, im schlimmsten Fall toxischer Proteine. Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin haben nun entschlüsselt, wie die Entsorgung fehlerhafter Proteine erfolgt, welche für das Überleben einer Zelle von grundlegender Bedeutung ist. Dies könnte auch neue therapeutische Optionen zum Beispiel im Bereich neurodegenerativer Erkrankungen eröffnen, berichten die Forscher.

Die Charité-Wissenschaftler haben nach eigenen Angaben herausgefunden, auf welche Weise zwei spezielle Hilfsproteine die Beseitigung fehlerhafter Proteine ermöglichen. Sie berichten in der Fachzeitschrift „Nature Communications“, wie die fehlerhafte Boten-Ribonukleinsäure, welche als „Bauanleitung“ der Proteinbiosynthese dient, erkannt und deren Abbau initiiert wird. Durch die beiden „Rettungsproteine“ werden potenziell schadhafte Verbindungen praktisch entsorgt, was auch bei der Behandlung bestimmter Erkrankungen neue Optionen eröffnen könnte, berichten die Wissenschaftler.

Die RIbosome lesen die Informationen der mRNA aus und bilden entsprechende Proteine. Fehlerhafte mRNA müssen daher beseitigt werden, damit keine schädlichen Proteine entstehen. (Bild: designua/fotolia.com)

Proteinbiosynthese genau analysiert
Dem Forscherteam um Dr. Tarek Hilal vom Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Charité zufolge, werden bei der Proteinbiosynthese in den Genen gespeicherte Erbinformation durch das sogenannte Ribosom ausgelesen und in Proteine (Eiweiße) umgewandelt. Hierfür werde die in den Chromosomen gespeicherte Information zuerst in eine mobile Form, die sogenannte Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) übersetzt, welche anschließend dem Ribosom gelesen werden kann und dann als exakter Bauplan für die Herstellung der Proteine dient. Eine fehlerhafte mRNA hat die Herstellung defekter, möglicherweise schädlicher Proteine zur Folge, weshalb sie effizient erkannt und abgebaut werden muss, betonen die Forscher.

Fehlerhafte mRNA blockiert die Ribosome
In der aktuellen Studie untersuchten die Forscher anhand von „mRNAs ohne Stopp-Signal“, welche Mechanismen hier im Körper zu einer Beseitigung der fehlerhaften Boten-Ribonukleinsäure eingesetzt werden. Werden die „nonstop-mRNAs“ vom Ribosom gelesen, stagniere der gesamte Prozess und die geordnete Beendigung der Proteinbiosythese bleibe aus, erläutern die Forscher die Wirkung der fehlerhaften mRNA. Infolgedessen könne das Ribosom keine weiteren Aktionen durchführen und bleibe blockiert.

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Hilfsproteine lösen Blockierungen auf
Mit Hilfe der sogenannten Kryo-Elektronenmikroskopie analysierten die Forscher die Struktur der blockierten Verbindungen aus Ribosomen und mRNA und sie konnten dabei nachweisen, das spezielle Hilfsproteine (Dom34 und Hbs1) derart arretierte Ribosomen erkennen und das Auflösen der blockierten Komplexe sowie den Abbau der mRNA einleiten, berichten die Charité-Wissenschaftler. Durch die beiden Hilfsproteine würden nur konservierte Bereiche des Ribosoms abgegriffen, die typischerweise von mRNA besetzt werden, erläutern die Experten weiter. Dieser kompetitiven Bindungsmodus stelle sicher, dass nur Ribosomen an defekten mRNAs angegriffen werden.

Hoffnung auf neue therapeutische Optionen
Studienleiter Dr. Tarek Hilal betont, dass „die Erforschung der Auswirkungen defekter mRNAs und der Folgen eines mangelnden Abbaus zunehmend an Bedeutung“ gewinne. Insbesondere bei neurodegenerativen Erkrankungen wie beispielsweise der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS), seien fehlerhafte mRNAs festzustellen und ein „molekulares Verständnis der zellulären Kontrollmechanismen kann daher hilfreich sein, um Ansatzpunkte für therapeutische Zwecke zu finden“, so die Hoffnung des Experten. (fp)