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Molekularbiologie: Proteinschicksale

Verblüffenderweise nimmt die Haltbarkeit mancher Einweißmoleküle mit ihrem Alter zu.
Der Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) ist ein auf der Oberfläche von Zellen festsitzendes Protein.Laden...

Unsere Zellen bilden laufend neue Proteine – und entsorgen die nicht mehr benötigten. Deren "Lebensdauer" ist aber sehr verschieden und von ihrer Funktion abhängig. Kurzlebige Eiweißstoffe werden in speziellen hohlen Proteinkomplexen, den so genannten Proteasomen abgebaut und existieren oft nur für ein paar Minuten.

Viele von ihnen wirken bei der Zellteilung mit. Hingegen bleiben manche Strukturproteine über Jahre stabil. Deren Entsorgung betreiben in der Regel Autophagosomen: quasi molekulare Müllsäcke, die Proteinüberreste zunächst einpacken und anschließend zur zellulären Recycling­anlage bringen, den Lysosomen, wo Enzyme sie in ihre Einzelteile zersetzen.

Für die Daseinsdauer eines Proteins kommt es allerdings auch darauf an, wie leicht die Zelle es zu produzieren und zusammenzubauen vermag. Das riesige, komplizierte Protein CFTR etwa faltet sich so langsam, dass Proteasomen es manchmal schon wieder vernichtet haben, bevor es überhaupt in Funktion treten kann. Denn sie halten das noch unfertige Molekül für fehlerhaft. Erst in seiner endgültigen Konformation bildet es jenen wichtigen Chloridkanal in Zellmembranen, der bei Mukoviszidose (zystische Fibrose) defekt ist.

Im Jahr 2000 kamen Forscher um Jonathan Yewdell und Jack Bennink vom National Institute of Allergy and Infectious Diseases der USA in Bethesda (Maryland) zu dem Schluss, dass menschliche Zellen 30 Prozent ihrer Proteine falsch zusammenbauen und sofort wieder zerlegen. Fünf Jahre später ermittelten Ulrich Hartl und sein Team vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München allerdings einen deutlich kleineren Anteil, nämlich einige wenige Prozent. So viel steht zumindest fest: Unsere Zellen machen fortlaufend Produktionsfehler und sortieren viele frisch gebackene Proteine gleich wieder aus ...

September 2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2017

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  • Quelle

McShane, E. et al.: Kinetic Analysis of Protein Stability Reveals Age-Dependent Degradation. In: Cell 167, S. 803–815.e21, 2016