Neue Einblicke in die Etikettier-Maschine der Zelle

Ubiquitin ist ein kleines Protein mit großer Wirkung. Vom Hefepilz bis hin zum Menschen dient es als molekulares Etikett, das viele Prozesse der Zelle reguliert. Ubiquitin-Ligasen sind dabei als Etikettier-Maschinen unerlässlich: Sie heften Ubiquitin an die zu steuernden Proteine an. Ist dieser Etikettier-Vorgang gestört, können Prozesse in der Zelle krankhaft verändert sein. Ein Team um Sonja Lorenz am Max-Planck-Institut (MPI) für Multidisziplinäre Naturwissenschaften hat nun die Ubiquitin-Ligase HACE1 gebunden an ein wichtiges Zielprotein in 3D sichtbar gemacht. Die Forschenden konnten so Mechanismen aufdecken, wie HACE1 Proteine erkennt und wie dieser Vorgang reguliert wird.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Forschung Frankfurt: Ordnung in der Zelle

Wie es Bakterien schaffen, auch unter den widrigsten Umweltbedingungen ihre „innere Ordnung“ aufrecht zu erhalten, untersucht Prof. Inga Hänelt an der Goethe-Universität. In einem Beitrag der neuen Ausgabe von „Forschung Frankfurt“ erklärt die Forscherin, wie Bakterien ein mehrstufiges Krisenmanagement für die Aufnahme von lebenswichtigem Kalium aufgebaut haben – und welche Pläne sie und ihre Kolleg*innen mit der Clusterinitiative SCALE haben, die gerade die erste Hürde im Wettbewerb der Exzellenzinitiative genommen hat. In weiteren Beiträgen gibt das Forschungsmagazin der Goethe-Universität unter dem Titel „(Un)Ordnung“ Einblicke etwa zu den Themen Populismus, Rebellionen und Saatgutbanken.

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Das infektiöse Gibbon-Affen-Leukämie-Viren kolonisiert das Genom eines Nagetiers in Neuguinea

Ein Forschungsteam beobachtet einen seltenen, aktuellen Fall von Retrovirus-Integration. Retroviren sind Viren, die sich vermehren, indem sie ihr genetisches Material in das Erbgut einer Wirtszelle einbauen. Ist die infizierte Zelle eine Keimzelle, kann das Retrovirus anschließend als „endogenes“ Retrovirus (ERV) an Nachkommen weitergegeben werden und sich als Teil des Wirtsgenoms in einer Art verbreiten. In Wirbeltieren sind ERVs allgegenwärtig und machen bis zu 10% des Wirtserbgutes aus. Die meisten Retrovirus-Integrationen sind sehr alt, teilweise abgebaut und inaktiv – ihre anfänglichen Auswirkungen auf die Gesundheit des Wirts sind durch Millionen von Jahren der Evolution nivelliert.

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Calciumionen als Tumorgift

Die Öffnung von Calciumkanälen führt zu einem tödlichen Calciumeinstrom in Tumorzellen
Calciumionen sind zwar lebensnotwendig für Zellen, wirken in höheren Konzentrationen aber als Gift. Einem Forschungsteam ist es nun gelungen, mit einem Kombinationswirkstoff den Einstrom von Calcium in die Zelle so zu beeinflussen, dass tödliche Konzentrationen entstehen. Eine externe Calciumquelle ist dafür nicht nötig, da nur das gewebeeigene Calcium aktiviert wird, heißt es in der Studie, die in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht wurde.

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Komplexer Vorfahre der Landpflanzen fast eine Milliarde Jahre alt

Forschungsteam untersucht Vielfalt und Evolution von Grünalgen und entdeckt frühe Vielzelligkeit

Landpflanzen sind in ihren Bauplänen extrem vielfältig. Von allen Organismen, die Fotosynthese betreiben, sind sie in ihren Formen und Strukturen am komplexesten. Mit ihnen eng verwandte Grünalgen sind einfacher gebaut: Die Lebewesen mancher Arten bestehen nur aus einer Zelle, andere Arten sind mehrzellig und etwa fadenförmig oder verzweigt. Wie hat sich die morphologische Komplexität im Laufe der Evolution herausgebildet? Dem sind Forschende unter Leitung der Universität Göttingen bei Streptophyten, zu denen die Landpflanzen und viele Grünalgen gehören, auf den Grund gegangen.

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Wie funktioniert ein molekularer Lastenaufzug?: Membran-Transportmechanismus in krankheitserregenden Bakterien geklärt

Manche bakteriellen Membrantransporter arbeiten fast wie Lastenaufzüge, um Substanzen durch die Zellmembran in das Innere der Zelle zu transportieren. Der Transporter selbst durchspannt dabei die Zellwand. Ein lösliches Protein außerhalb des Bakteriums bringt wie ein Gabelstapler die Substanz zum „Fahrstuhl“ und entlädt dort seine Ladung. Diese wird vom Lastenaufzug ins Innere der Zelle, also quasi in ein anderes Stockwerk gebracht. Forschende des Universitätsklinikums Bonn (UKB) und der Universität Bonn haben nun in Zusammenarbeit mit einem Team der Universität York das Zusammenspiel von Transporter und Zubringer aufgeklärt.

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Zellen der Zukunft: Möglichkeit zur gezielten Reprogrammierung

Der dynamische Prozess des DNA-Replikations-Timing beeinflusst die Plastizität von Zellen

Um Leben von einer Zelle auf eine neue zu übertragen, muss die genetische Information mittels eines Prozesses namens DNA-Replikation vervielfältigt werden. Das geschieht nicht nur durch das „Kopieren“ genetischer Informationen; vielmehr erfordert es eine präzise Abfolge zahlreicher molekularer Ereignisse. Forschende um Prof. Maria-Elena Torres-Padilla von Helmholtz Munich haben kürzlich einen speziellen Aspekt dieses Prozesses namens „Replication Timing“ (RT) und dessen Besonderheiten bei der Entstehung von neuem Leben aufgedeckt. Die neuen Ergebnisse sind nun in Nature veröffentlicht.

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Verwandlungskünstler Lysosom

Lysosomen haben wichtige Aufgaben in Zellen und Geweben, sie steuern sowohl den Stoffabbau als auch Zellteilung und -wachstum. Wie beides mit dem Nährstoffangebot in der Zelle zusammenhängt, hat ein Team um Prof. Volker Haucke und Dr. Michael Ebner vom FMP untersucht. Die Forschenden konnten erstmals zeigen, dass Lysosomen massiv umgebaut werden. Dabei fungiert ein Signallipid als Schalter zwischen beiden Zuständen. Die im Fachmagazin „Cell“ publizierten Ergebnisse könnten zur Entwicklung von Wirkstoffen genutzt werden, die Zellen von Patienten mit neurodegenerativen oder metabolischen Erkrankungen gezielt dazu anregen, schädliche Eiweißmoleküle im Zellinneren abzubauen.

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Epigenetisch wirkende Medikamenten könnten Krebs-Immuntherapie unterstützen

Epigenetisch wirkende Medikamente ermöglichen, dass in der Zelle Bereiche des Erbguts abgelesen werden, die vorher blockiert und unzugänglich waren. Das führt zur Bildung neuer mRNA-Abschriften und auch neuer Proteine, wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum und vom Universitätsklinikum Tübingen jetzt veröffentlichten. Diese „therapieinduzierten Epitope“ könnten das Immunsystem beim Erkennen von Krebszellen unterstützen.

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Ein Hygieneprogramm für Chromosomen

ETH-​Forschende haben in Wirbeltierzellen ein neues zelluläres Kompartiment identifiziert, das Exklusom genannt wird und ein Vorläufer des heutigen eukaryotischen Zellkerns sein könnte. Die Studie zeigt: Säugetierzellen erkennen, bündeln und sortieren nicht-​chromosomale DNA, wie ringförmige Plasmide von ausserhalb und innerhalb der Zelle, und halten sie von chromosomaler DNA fern. Das lässt auf ein zellautonomes Genomabwehrsystem schliessen.

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Bei Tieren einzelne Zellen genetisch verändern

Forschende der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sie in Tieren jede Zelle anders genetisch verändern können. Damit können sie in einem einzigen Experiment untersuchen, wozu früher viele Tierversuche nötig waren. Die Forschenden haben damit Gene entdeckt, die relevant sind für eine schwere, seltene Erbkrankheit.

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Die Verpackung macht’s!

Wie ein Virus seine DNA-Verpackung verändert, um in der menschlichen Zelle aktiv zu werden

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Aufeinander abgestimmt: Wie Stoffwechsel und Signalwege gemeinsam das Zellwachstum optimieren

Körpereigenes Stoffwechselprodukt hemmt direkt die Aktivität von mTORC1

Zellen nutzen eine Vielzahl von Stoffwechselwegen, um Bausteine für Wachstum und Vermehrung zu bilden. Für ein ausgewogenes Wachstum müssen diese biosynthetischen Prozesse eng aufeinander abgestimmt sein. Forschende des Max-Planck-Instituts für Biologie des Alterns haben nun zusammen mit einem Team von nationalen und internationalen Kolleg:innen eine molekulare Maschinerie entdeckt. Diese Maschinerie erkennt, ob eine Zelle die Fähigkeit hat, Lipide zu bilden, und reguliert daraufhin alle anderen biosynthetischen Prozesse in der Zelle, einschließlich der Proteinsynthese, indem sie diese blockiert oder aktiviert.

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Molekularer Turmwächter

Wie ein Protein der Zelle bei Nährstoffmangel hilft

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Zellbiologie: Wie zelluläre Kraftwerke unter Stress Hilfe anfordern

Die Kraftwerke höherer Zellen, die Mitochondrien, waren ursprünglich eigenständige Lebewesen. Wie sehr sich ihr Stoffwechsel im Laufe der Evolution mit dem ihrer Wirtszellen verschränkt hat, haben Wissenschaftler:innen der Goethe-Universität Frankfurt am Beispiel einer Stressreaktion von Mitochondrien untersucht. Sie fanden heraus, dass die Mitochondrien zwei unterschiedliche biochemische Signale senden. Diese werden in der Zelle miteinander verarbeitet und starten ein Unterstützungsprogramm, um das zelluläre Gleichgewicht (Homöostase) wiederherzustellen. Die Arbeiten wurden unter anderem im Rahmen der Clusterinitiative ENABLE (fortgeführt als EMTHERA) der Goethe-Universität gemacht.

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Die Scharfmacher: Wie dendritische Zellen das Immunsystem aktivieren

Als Teil des Immunsystems sind dendritische Zellen essenziell für die Bekämpfung von virusinfizierten und entarteten Körperzellen. Sie lösen eine Immunantwort aus, indem sie Eiweißbruchstücke, zum Beispiel von Viren, den T-Zellen zeigen und sie dadurch aktivieren, die präsentierten Proteinfragmente als fremd zu erkennen. Ermöglicht wird dieser Vorgang innerhalb der dendritischen Zelle durch bestimmte Membranproteine, die MHC-I-Moleküle. Forscher:innen der Goethe-Universität Frankfurt und ihrer Partnerinstitute haben nun weitere Interaktionspartner des für die Beladung der MHC-I-Moleküle verantwortlichen Proteinkomplexes bei dendritischen Zellen identifiziert.

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Biophotonik-Forschung: Zelluläre Transporter im Blick behalten

Biophotonik-Professor Thomas Hellerer und Doktorand Thomas Kellerer der Hochschule München entwickeln ein innovatives Bildgebungsverfahren, das winzige Wirkstofflieferanten beispielsweise von mRNA-Impfstoffen in der Zelle in Echtzeit trackt – und gleichzeitig Informationen über deren Umwelt liefert.

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Wenn die Zelle sich selbst verdaut: Wie sich neurodegenerative Erkrankungen entwickeln

Unsere Zellen sind durchzogen von einem System aus Membranröhren und -taschen, dem Endoplasmatischen Retikulum (ER). Es ist entscheidend für die Herstellung von Biomolekülen und wird kontinuierlich auf- und abgebaut. Der Abbau, die sogenannte ER-Phagie, wird durch das Protein Ubiquitin gefördert, das viele Prozesse in der Zelle steuert. Sind die an der ER-Phagie beteiligten Proteine defekt, kommt es zu neurodegenerativen Erkrankungen. Dies hat ein internationales Forschungsteam unter Führung der Goethe-Universität Frankfurt (im Rahmen des Exzellenzclusterprojekts EMTHERA) und des Universitätsklinikums Jena herausgefunden und in zwei Beiträgen in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

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Mikado in der Zelle: Anordnung von Proteinen könnte für Krankheiten verantwortlich sein

Parkinson, Alzheimer oder die Huntington-Krankheit: Das Verhalten bestimmter Moleküle, die in subzellulären Prozessen eine Rolle spielen, beeinflusst die Entstehung solcher neurodegenerativen Erkrankungen. Wissenschaftler*innen aus dem Arbeitskreis von Mischa Bonn am Max-Planck-Institut für Polymerforschung und aus dem Labor von Sapun Parekh an der University of Texas haben nun ein bestimmtes Protein mit verschiedenen Methoden untersucht, um die Mechanismen hinter diesen Krankheiten besser zu verstehen.

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Synthetische Biologie: Proteine setzen Vesikel in Bewegung

Biophysiker haben ein neues zellähnliches Transportsystem konstruiert und damit auf dem Weg zur künstlichen Zelle einen wichtigen Fortschritt erzielt.

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Leukämie-Forschung: Extrazelluläre Vesikel modulieren Tumorsuppressor-Gen p53

Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind winzige Bläschen mit denen DNA, RNA, Lipide und Proteine von Zelle zu Zelle weitergegeben werden können. In der Empfängerzelle reichern sich die EVs beispielsweise im Zellkern an. Aber ist die DNA in diesen Vesikeln vergleichbar organisiert wie die DNA im Zellkern? Zumindest ganz ähnlich – und mit bemerkenswerten Einflüssen auf die Genregulation, das konnte ein Team um PD Dr. Basant Kumar Thakur von der Kinderklinik III des Universitätsklinikums Essen und Wissenschaftler an der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen nun zeigen.

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Bisher unbekannte Funktionen von Genen aufgedeckt

Das Proteom beschreibt die Gesamtheit aller aktiven Eiweißmoleküle in einem Organismus, einem Gewebe oder einer Zelle unter festgelegten Bedingungen und zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftler:innen der Charité – Universitätsmedizin Berlin, des Francis Crick Institute in London, der Universitäten Zürich und Edinburgh hat jetzt die umfassendste zelluläre Proteom-Landkarte auf der Basis von Hefen als Modellorganismen erstellt. Sie gibt Einblick in bislang unerforschte Gene und die Art und Weise, wie Proteine entsprechend ihrer Bauanleitung hergestellt und reguliert werden. Die Studie ist im aktuellen Fachjournal Cell* erschienen.

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Genetisch kodierte Nano-Barcodes

Wie kommunizieren die Nervenzellen unseres Gehirns miteinander? Welche Prozesse laufen ab, wenn eine T-Zelle eine Krebszelle unschädlich macht? Noch immer sind die Details der Mechanismen auf zellulärer Ebene für uns unsichtbar. Spezielle Reporter-Proteine, die ein Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) entwickelt hat, sollen dabei helfen, diese sichtbar zu machen.

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Molekularbiologie: DNA-Verpackung unterstützt die Zellteilung

• Ein Team um den LMU-Molekularbiologen Christoph F. Kurat konnte zeigen, dass die Art der Verpackung der DNA im Zellkern entscheidend dazu beiträgt, wie eine Zelle ihr Genom für die Zellteilung effizient verdoppeln kann.
• Charakteristische, besonders regelmäßige Strukturen dieser Verpackung kennzeichnen die Startpunkte der DNA Replikation.
• Entgegen gängiger Annahmen ist diese spezifische DNA-Verpackung nicht nur ein Hindernis, das für die Replikation überwunden werden muss, sondern entscheidend für die Zellteilung.

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Stoffwechselenzym schützt Proteine mit Schwefel

In der Zelle werden vielen Proteinen zusätzliche Schwefelatome angeheftet. Wissenschaftler im Deutschen Krebsforschungszentrum haben nun erstmals das für die Übertragung des Schwefels verantwortliche Enzym gefunden. Außerdem haben sie Hinweise auf die Funktion der bislang rätselhaften Schwefelanheftung: Sie kann Proteine vor oxidativen Schäden schützen. Besonders stoffwechselaktive Tumorzellen, die oft freien Radikalen ausgesetzt sind, könnten durch die Schwefelanheftung möglicherweise dem Zelltod entgehen.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft