Neue Einblicke in die Struktur eines Killerproteins

Zelltod ist lebensnotwendig

In jeder Sekunde sterben etwa eine Million Zellen im Körper durch programmierten Zelltod, auch Apoptose genannt. Störungen in diesem Mechanismus können lebensbedrohlich sein, etwa Krebs oder neurodegenerative Erkrankungen auslösen.

Eine Gruppe von Proteinen, die Bcl-2-Proteine, zu denen auch Bax gehört, spielen eine entscheidende Rolle bei der Apoptose. „Diese Proteine sind schwer zu untersuchen, weil sie sich von der wässrigen Zellflüssigkeit zur Mitochondrien-Membran bewegen“, erklärt Stephanie Bleicken. „Gerade die aktive Form des membrangebundenen Proteins lässt sich nur mit wenigen Methoden untersuchen.“

Wahrscheinlichstes Strukturmodell identifiziert

Das Team nutzte verschiedene Spektroskopiemethoden, um Bax zu untersuchen. Es erfasste sowohl die Struktur der membrangebundenen Form von Bax als auch dessen Interaktionen mit dem Lösungsmittel, also mit dem Wasser oder den Lipiden.

Diese Daten verglichen die Forscherinnen und Forscher dann mit zuvor publizierten Informationen zur Struktur des Proteins und überprüften, welche Ergebnisse miteinander vereinbar sind. „Wir haben alle vorhandenen Strukturmodelle bewertet und das wahrscheinlichste Modell für die Struktur von Bax identifiziert“, resümiert Enrica Bordignon.

Um die Apoptose einzuleiten, erzeugt Bax ein Loch in der Membran der Mitochondrien, welche die Kraftwerke der Zellen darstellen. Mit weiteren Methoden wollen die Bochumer Forscherinnen das Protein künftig direkt an der Membran von isolierten Mitochondrien untersuchen. Außerdem wollen sie die Interaktion von Bax mit den umgebenden Wassermolekülen bei Temperaturen, wie sie im Körper vorkommen, genauer analysieren; die dafür notwendigen Verfahren hat die Gruppe von Enrica Bordignon im Rahmen von Resolv selbst entwickelt.

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanzierte die Arbeiten durch das Schwerpunktprogramm 1601 „New Frontiers in Sensitivity in EPR Spectroscopy“, die Projekte Nummer BO 3000/5-1 und INST 130/972-1 FUGG, die Forschergruppe 2036 sowie das Exzellenzcluster Resolv (EXC 1069). Weitere Förderung kam vom Europäischen Forschungsrat (ERC-2012-StG 309966).

Prof. Dr. Enrica Bordignon
Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 26239
E-Mail: enrica.bordignon@rub.de

Dr. Stephanie Bleicken
Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 21891
E-Mail: stephanie.bleicken@rub.de

Stephanie Bleicken, Tufa E. Assafa, Carolin Stegmueller, Alice Wittig, Ana J. Garcia-Saez, Enrica Bordignon: Topology of active, membrane-embedded Bax in the context of a toroidal pore, in: Cell Death and Differentiation, 2018, DOI: 10.1038/s41418-018-0184-6