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News: Denaturierte Proteine von einem Chaperonen-Trio gerettet

Man kann ein Spiegelei nicht 'entbraten' - oder vielleicht doch? Von einer Kombination bestimmter Hitzeschockproteine wurde bisher angenommen, sie unterstützten nur die erstmalige Faltung neuer Proteine. Sie sind allerdings wohl auch in der Lage, durch Hitze denaturierte Proteine wieder zu entwirren und in die richtige Form zu bringen.
Früher nahmen Wissenschaftler an, daß Hitzeschockproteine (heat shock proteins, HSP) bei steigenden Temperaturen lediglich verhindern könnten, daß Proteine verklumpen. Jetzt haben Susan Lindquist und ihr Kollege John Glover vom Howard Hughes Medical Institute der University of Chicago gezeigt, daß Hsp104 mit Hilfe zweier anderer Hitzeschockproteine auch bereits verknäulte Proteine tatsächlich "retten" kann (Cell vom 10. Juli 1998).

Hitze ist ein schlimmer Feind von Proteinen. Wird ein Ei gebraten, beginnen seine Proteine, die aus Ketten von Aminosäuren bestehen, ihre wohldefinierte Struktur mit Helices, Faltblättern und Schleifen zu verlieren. Klebrige Bereiche aus dem Inneren des Proteins werden freigelegt, verbinden sich mit anderen und bilden so ungeordnete Aggregate. Im Falle des Spiegeleis ist dieser Vorgang an dem Übergang vom farblosen zum weißen Ei sichtbar. Im Körper von Bakterien, Pflanzen und Tieren kann Hitzestreß dieselbe Wirkung auf Proteine haben und sie dadurch funktionsunfähig machen.

Darum stellen alle Organismen Hitzeschockproteine – auch Chaperone genannt – her, wenn sie plötzlichen Temperaturveränderungen ausgesetzt werden. Die Aufgabe eines Chaperons ist es, ungefaltene Proteine am Verklumpen zu hindern, bis sie sich in die korrekte Form falten konnten. "Die generelle Strategie der Zellen ist, eine Aggregation von vornherein zu vermeiden", sagt Lindquist, Professorin an der Fakultät für Molekulargenetik und Zellbiologie.

"Wir dachten, daß Hitzeschockproteine sich an die klebrigen Oberflächen heften, die von denaturierten Proteinen dargeboten werden, um sie daran zu hindern, miteinander zu interagieren und Klumpen zu bilden – und sie tun dies. Aber jetzt haben wir gezeigt, daß zumindest ein Hitzeschockprotein, nämlich Hsp104, die Fähigkeit besitzt, zusammengeballte Proteine zu retten. Diese Fähigkeit ist essentiell für das Überleben von Zellen, die extremer Hitze ausgesetzt sind." Um herauszufinden, wo und wie Hsp104 funktioniert, testeten die Forscher seine Fähigkeit, die Aggregation von Proteinen zu vermeiden und die Neufaltung des hitzedenaturierten Proteins Luziferase aus Glühwürmchen zu fördern. Sie fanden heraus, daß Hsp104 allein die Cluster nicht entwirren konnte. Als allerdings andere Hitzeschockproteine aus Hefe hinzugefügt wurden, konnten sie eine Reaktivierung der Luciferase beobachten. Lindquist und Glover identifizierten zwei Hitzeschockproteine, die mit Hsp104 kooperierten: Hsp40 und Hsp70. Als diese Chaperone zusammen mit Hsp104 der verklumpten Luziferase hinzugefügt wurden, stieg die Menge der wiederhergestellten funktionstüchtigen Proteine stark an. "Als wir die beiden Elemente, Hsp40 und Hsp70 sowie Hsp104, zusammenfügten, fand ein synergistischer Effekt statt, und wir sahen unglaublich viele Neufaltungen", sagt Glover.

Lindquist und Glover glauben, daß Hsp40 und Hsp70 dazu beitragen, Proteine teilweise zu stabilisieren, sobald diese beginnen, sich zu verklumpen. Hsp104 hilft dann beim Zerlegen des Haufens, so daß Hsp40 und Hsp70 einzelne Proteine in ihre ursprünglichen Formen zurückfalten können.

"Wenn wir verstehen, wie Hsp104 funktioniert, könnte uns dies helfen, Störungen bei der Proteinfaltung besser zu verstehen, wie zum Beispiel bei Alzheimer und Rinderwahnsinn", meint Lindquist. "Es könnte auch zum Verständnis beitragen, wie Krankheitsorganismen, die von den kaltblütigen Insekten übertragen werden, den plötzlichen Temperaturwechsel überleben können, wenn sie in warmblütige Wirte injiziert werden", sagt Glover.

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