Detaillierte Struktur des Fettsäuresynthase-Komplexes

Fettsäuren sind von grundlegender Bedeutung für jedes Leben. Sie sind Bestandteil biologischer Membranen, wichtig für die Energiespeicherung und übermitteln Signale. Für die Produktion von Fettsäuren verantwortlich sind komplexe Protein-Moleküle, die seit Jahren weltweit erforscht werden. ETH-Forschern vom Institut für Molekularbiologie und Biophysik ist es nun nach fünfjähriger Fleissarbeit gelungen, die riesige Eiweiss-Struktur in einer Auflösung von 3.1 Ångström darzustellen. Was sie dabei entdeckten, beschrieben die Forscher kürzlich in zwei Artikeln der Fachzeitschrift „Science“.

Die „Fettsäure-Fabrik“, welche die ETH-Forscher untersuchten, ist im Vergleich zu andern Protein-Komplexen ein veritabler Gigant, der aus mehr als 23'000 Aminosäuren besteht und 2.6 Megadalton gross ist. Der Syntheseweg des FAS-Komplexes bei Pilzen umfasst mehr als 40 Einzelschritte. Durch die Strukturanalyse bis auf Stufe einzelner Atome gewannen die Forscher wichtige Erkenntnisse über den Aufbau der einzelnen Enzymkomponenten, über die katalytischen Mechanismen sowie über den Substrat-Transport innerhalb des FAS-Komplexes.

Einen wichtigen Hinweis auf die Mechanismen lieferte ein Schnappschuss des so genannten Acyl Carrier Protein (ACP). Die Forscher kristallisierten dieses zum FAS-Komplex gehörende Protein, welches als eine Art Shuttle innerhalb der Fettsäure-Fabrik für den Substrat-Transport zuständig ist, im direkten Kontakt zu einem Partnerprotein. Über das ACP verläuft die mehrstufige Synthese bis das Fettsäure-Molekül mit 16 bis 18 Kohlestoffatomen bestückt ist.

Die Forschungsarbeiten waren Teil des nationalen Schwerpunktprogramms NCCR Strukturbiologie. Von entscheidender Bedeutung für die ETH Forscher waren ihre Messungen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des Paul-Scherrer-Instituts. „Unsere Arbeiten an einer der weltweit besten Röntgenstrahlenquellen ermöglichte es uns erst, Elektronen-Dichte-Karten von exzellenter Qualität zu berechnen und ein atomares Modell der Fettsäuresynthase zu bauen“, erläutert Simon Jenni, Doktorand im Team von Nenad Ban.

Die detaillierte Struktur der Fettsäuresynthase stellt eine mögliche Basis dar, um gezielt Angriffspunkte gegen Pilzkrankheiten zu finden. Dies insbesondere, weil sich die Struktur der Säuger-FAS von derjenigen der Pilze unterscheidet. Da zudem die Pilz-FAS vergleichbar ist mit derjenigen der Mycobakterien, welche Krankheiten wie Lepra und Tuberkulose verursachen, gibt es auch hier mögliche Ansatzpunkte für die Entwicklung von Antibiotika.

Weitere Informationen:
Simon Jenni
Tel. +41 (0)44 633 39 60
simon.jenni@mol.biol.ethz.ch
Dr. Marc Leibundgut
Tel. +41 (0)44 633 39 60
marc.leibundgut@mol.biol.ethz.ch