Der Energie des Lebens auf der Spur

Wissenschaftler des Instituts für Biochemie und Molekularbiologie und des Sonderforschungsbereichs 746 der Universität Freiburg haben einen neuen Mechanismus entdeckt, der für den Aufbau und das Wachstum von Mitochondrien, den so genannten Kraftwerken der Zelle, von zentraler Bedeutung ist.

Diese Organellen machen in der Nahrung gespeicherte Energie für die Zelle nutzbar. Die Generatoren in den zellulären Kraftwerken sind biologische Membranen, die sich im Inneren der Mitochondrien befinden. Schon kleinste Fehler beim Aufbau der inneren Mitochondrien-Membran können zu schwerwiegenden Stoffwechselstörungen führen, die vor allem die energiehungrigen Muskel- und Nervenzellen in Mitleidenschaft ziehen.

Damit die zellulären Generatoren funktionieren können, müssen zahlreiche hoch spezialisierte Membranproteine in die innere Mitochondrienmembran eingebaut werden. Diese Proteine werden überwiegend außerhalb der Organellen synthetisiert und anschließend mit Hilfe von Protein-Translokasen importiert. Fundamentale Prozesse wie dieser laufen in allen Organismen, vom Einzeller bis zum Menschen, nach denselben Prinzipien ab. Daher konnten die Wissenschaftler für ihre Studie, die soeben in der renommierten Fachzeitschrift „Current Biology“ veröffentlicht wurde, Mitochondrien der Bäckerhefe als Modelsystem verwenden.

Die Freiburger Forscher untersuchten die Insertion einer Familie von Membranproteinen, die ABC Transporter genannt werden und von großem pharmakologischem Interesse sind. Dabei machten sie die überraschende Entdeckung, dass manche Segmente der Transporter von der Insertionsmaschinerie offenbar zunächst überlesen und vollständig über die Membran transportiert werden. „Diese Fehler in der Membraninsertion werden anschließend von einer anderen, stammesgeschichtlich sehr alten Translokase repariert“, sagt Maria Bohnert, Doktorandin und Stipendiatin des Boehringer-Ingelheim-Fonds. Somit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass mindestens zwei verschiedene Protein-Translokasen bei der Insertion kompliziert gebauter Proteine in die innere Mitochondrienmembran eng zusammen arbeiten.

Mit der Aufklärung dieses gekoppelten Mechanismus der Membraninsertion konnten Projektleiter Dr. Martin van der Laan und sein Team ein kontrovers diskutiertes wissenschaftliches Problem lösen und einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Aufbau und Funktion der zellulären Kraftwerke leisten. Die gewonnenen Einsichten können helfen die Mechanismen von Krankheiten aufzuklären, die durch Defekte in der Biogenese der Mitochondrien entstehen.

Veröffentlichung:
Current Biology: Cooperation of Stop-Transfer and Conservative Sorting Mechanims in Mitochondrial Protein Transport.
Maria Bohnert, Peter Rehling, Bernard Guiard, Johannes M. Herrmann, Nikolaus Pfanner und Martin van der Laan.

Published online: 17. Juni 2010.

Kontakt:
Dr. Martin van der Laan
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Sonderforschungsbereich 746, Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5270
Fax: 0761/203-5261
E-Mail: martin.van.der.laan@biochemie.uni-freiburg.de