Wenn Zellen die Müllentsorgung verantworten

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Innsbrucker Zellbiologen entdecken beim Protein-Abbau neuen Weg mit unerwarteter Funktion für neue Therapieansätze im Bereich Fettstoffwechsel oder generellen Biotechnologie-Anwendungen.

(red/czaak) Damit Zellen ihre Funktion erfüllen und gesund bleiben, müssen laufend neue Proteine gebildet sowie alte und fehlerhafte Proteine entfernt werden. Defekte in diesen Prozessen können zu Erkrankungen wie Krebs oder Neurodegeneration führen. Ein Team um den Zellbiologen David Teis vom Biozentrum der Medizin Uni Innsbruck konnte nun einen neuen Protein-Abbau-Weg identifizieren, der zudem auch eine essentielle Funktion im intrazellulären Lipidstoffwechsel erfüllt. Das neue Wissen lässt potentielle Therapie-Ansätze für den gezielten Abbau von Proteinen erwarten.

Ein Modellorganismus aus Bäckerhefe
Im Rahmen des vom FWF-geförderten Projekts und in Zusammenarbeit mit internationalen Wissenschaftern der ETH Zürich, der Universität Osnabrück und dem Research Institute of Molecular Pathology (IMP) in Wien forschte eine Gruppe rund um die Wissenschafter David Teis und Oliver Schmidt (Erstautor der Studie) aus dem Innsbrucker Biozentrum an der Frage, ob tatsächlich alle Protein-Abbauwege in Zellen bekannt sind oder nicht. Mit Bäckerhefe, einem Modellorganismus, in dem diese hoch konservierten Abbau-Wege ebenso zu finden sind wie in humanen Zellen, entdeckte das Team dann tatsächlich einen neuen Abbau-Weg.

Zelluläre Müllzerkleinerer
„Durch die Ausschaltung des sogenannten ESCRT-Systems konnten wir mit genetischen Screens erkennen, dass ein weiterer Mechanismus – EGAD (Endosome und Golgi-assozierte Degradation) – eine zentrale Rolle im Müllmanagement übernimmt“, so Schmidt. Der EGAD-Prozess benutzt eine molekulare Maschine, die unter anderem Membran-Proteine aufspürt, die verwaist sind und nicht auf den richtigen Organellen sitzen. Sind diese verwaisten Proteine einmal erkannt, sorgt EGAD dafür, dass sie für den Abbau markiert und aus der Membran der Organellen herausgelöst werden. Erst in dieser Form können sie vom Proteasom, einem zellulären Müllzerkleinerer, abgebaut werden.

Neue therapeutische Ansätze
Der EGAD-Pfad könnte sich nun als vielversprechende Angriffsfläche für neue therapeutische Ansätze erweisen. „Unsere Ergebnisse dürften für künftige biotechnologische Innovationen, also für die Entwicklung von Medikamenten relevant sein, mit denen Proteine gezielt abgebaut werden sollen. Damit könnte es gelingen, die schädliche Akkumulation von Proteinen zu korrigieren und die Behandlung von damit verbunden Erkrankungen zu ermöglichen “, resümiert Teis. Die aktuellen Entdeckungen der Innsbrucker Zellbiologen wurden in der international renommierten Fachzeitschrift „The EMBO Journal“ publiziert.