Spezielles Enzym schützt Zellen vor Ablagerungen

Grundlagenforscher der Charité – Universitätsmedizin Berlin haben herausgefunden, dass Zellen durch ein spezielles Enzym, das sogenannte Immunoproteasom, vor entzündungsabhängigem Stress und vor Ablagerungen geschädigter Proteine geschützt werden.

Sowohl Standardproteasomen als auch Immunoproteasomen fungieren in Körperzellen als Recyclinganlagen für fehlerhafte Proteine. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Cell“* beschreiben die Wissenschaftler, wie sie der Hauptfunktion des Immunoproteasoms auf die Spur gekommen sind.

Die Bildung der Immunoproteasomen reguliert der Botenstoff Interferon. Dadurch wird die Reaktion des Immunsystems insgesamt verbessert. Dieser Vorgang bedeutet für die Zelle allerdings auch Stress. Die Arbeitsgruppen um Prof. Peter-Michael Kloetzel und Prof. Elke Krüger vom Institut für Biochemie konnten nachweisen, dass die Hauptfunktion der Immunoproteasomen der Schutz und die Aufrechterhaltung der Lebensfähigkeit der Zellen unter Entzündungsbedingungen ist. Als Recyclingmaschinen beseitigen Immunoproteasomen effizienter als Standardproteasomen defekte Eiweiße, die unter Interferonstress verstärkt auftreten.

Durch die Ausschüttung von Interferonen werden zunächst so genannte Sauerstoffradikale gebildet, die Schäden vor allem an neu entstehenden Proteinen verursachen. Diese lagern sich als Proteinklumpen in den Zellen ab. Sobald sich mit Hilfe des Interferons dann genügend funktionsfähige Immunoproteasomen gebildet haben, gelingt der Abbau der geschädigten Eiweiße wesentlich besser. Die Zellen können wirkungsvoll vor Ablagerungen geschützt werden und bleiben lebensfähig.

Die Wissenschaftler untersuchten in ihren Experimenten die Reaktion auf Interferon in Zellen mit Immunoproteasomen und Zellen, die aufgrund des Fehlens eines Gens nicht in der Lage sind, Immunoproteasomen zu bilden. Sie konnten den kontinuierlichen Anstieg von Proteinansammlungen beobachten. Die Zellen ohne Immunoproteasomen waren nicht in der Lage, die Eiweißablagerungen abzubauen und starben ab. Der protektive Effekt von Immunoproteasomen wird auch in einem Mausmodell für Multiple Sklerose deutlich. Das Fehlen funktionsfähiger Immunoproteasomen führt hier zu verstärkten Krankheitssymptomen. „Wir konnten zeigen, dass die Immunoproteasomen eine zentrale Rolle bei der Beseitigung von Klumpen geschädigter Proteine spielen“, verdeutlicht Dr. Ulrike Seifert, die Erstautorin der Studie.

Die weiteren Forschungen des Teams widmen sich Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie Multipler Sklerose, Parkinson oder Alzheimer. „Wir konzentrieren uns auf die Frage, ob es die entzündungsabhängigen Anhäufungen von Eiweißen sind, die zu diesen altersbedingten Krankheiten führen“, skizziert Dr. Seifert die Zielsetzung der Projekte.

*Seifert U et al., Kloetzel PM and Krüger E, Immunoproteasomes Preserve Protein Homeostasis upon Interferon-Induced Oxidative Stress, Cell (2010), DOI 10.1016/j.cell.2010.07.036

Kontakt:
Prof. Peter-Michael Kloetzel
Direktor des Instituts für Biochemie
Campus Charité Mitte
t: +49 30 450 528 071
p-m.kloetzel@charite.de
Prof. Elke Krüger
Institut für Biochemie
Campus Charité Mitte
t: +49 30 450 528 317
elke.krueger@charite.de