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Proteine: Freund-Feind-Erkennung durch Prionen

Prionen-TeaserLaden...
Aus den Nachrichten sind Prionen, krankmachende Proteine, die nach einer Änderung ihrer Struktur verklumpen und bei Tier und Mensch Krankheiten wie BSE auslösen, inzwischen verschwunden, nicht aber aus den Forschungslabors. Nach wie vor interessieren sich Wissenschaftler für diese merkwürdigen Krankheitserreger. Und finden immer mehr heraus über die Funktionen, die die zusammenklumpenden Proteine in der Natur haben.

In Pilzen, so zeigt eine Arbeit von Roland Riek von der ETH Zürich [1], gehören sie zu einem einfachen Immunsystem und sind somit involviert in Selbsterkennung: Zellen von verschiedenen Pilzstämmen verhindern über Prionen, dass einzelne Pilze Erbinformationen von Viren untereinander austauschen.

Prion-AggregationLaden...
Das Prion und sein Gegenspieler | Das Strukturmodell zeigt, wie sich das farbige Protein HET-S an eine Prionen-Fibrille anlagert und die Bildung der Faser unterdrückt. Die Fibrille besteht aus einem Protein namens HET-s und unterscheidet sich vom "good guy" HET-S nur durch wenige Aminosäure-Bausteine.
Dazu verfügt der Pilz Podospora anserina natürlicherweise über zwei sehr ähnliche Proteine, die sich unterschiedlich verhalten: HET-s und HET-S. Ersteres, das HET-s, kann leicht seine Konformation ändern und in ein Prion übergehen, das weitere gleichartige Pilze anstecken kann. Die Prionen lagern sich dabei zu faserartigen Strukturen zusammen, und durch die Rekrutierung von weiteren HET-s-Molekülen kann der Turm weiterwachsen. Die Prionenfaser vergrößert sich laufend, ist jedoch für den Pilz nicht toxisch.

Das Protein HET-S ist dagegen zwar bis auf wenige Aminosäure-Bausteine identisch mit HET-s, kann aber selbst kein Prion werden. Vielmehr ist HET-S ein Regulator des HET-s-Prions, wie die Züricher Forscher nun zeigen konnten. HET-S kann an das HET-s-Prion andocken und damit verhindern, dass es andere Pilze ansteckt. Schon ein HET-S auf hundert Prion-Proteine reicht aus, um die Verklumpung von HET-s zu infektiösen Amyloiden zu bremsen.

Wachsen nun zwei verschiedene P.-anserina-Pilze zusammen, einer mit HET-s-Prionen und der andere mit HET-S-Proteinen, so unterbindet HET-S, dass die Prion-Kettenreaktion weiterlaufen kann. Zudem ist der entstandene Komplex aus HET-S-Protein und HET-s-Prion toxisch, was zu einem lokalen und kontrollierten Absterben an der Verschmelzungsstelle der Pilze führt. Das HET-s-Prion von einem HET-s-Pilz signalisiert also, dass ein HET-S-Pilz nicht mit ihm fusionieren soll, weil die beiden genetisch verschieden sind. "Das ist ein einfachster Ansatz eines Immunsystems", sagt Roland Riek.

"Wegen der Assoziation von Amyloiden mit Erkrankungen scheint es schwer vorstellbar, dass Prionen wie das HET-s auch funktioneller Natur sein können", sagt Riek. Sie seien jedoch nicht nur in Pilzen sinnvoll. Im letzten Jahr wiesen er und Kollegen nach [2], dass der menschliche Körper bestimmte Eiweißhormone nach Prion-Vorbild verklumpt in so genannten sekretorischen Granulae lagern und diese Stoffe bei Bedarf rasch mobilisieren kann.

Die Natur setzt dabei, diesmal zum Vorteil des Menschen, auf die speziellen Agglomerationseigenschaften von Proteinen, die im Fall von Prionen so viel Schaden anrichtet. "Wir konnten damit zeigen, dass die Verklumpung von Proteinen natürlicherweise vorkommt und dass diese nicht unbedingt zu gefährlichen Krankheiten führen müssen", betont Riek.
31. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 31. KW 2010

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  • Quellen
[1] R. Riek et al.: The Mechanism of Prion Inhibition by HET-S. In: Molecular Cell 38, S. 889 – 899, 2010.

[2] S. Majik et al.: Functional Amyloids As Natural Storage of Peptide Hormones in Pituitary Secretory Granules. In: Science 325, S. 328 – 332, 2010.

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