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Signalübertragung durch G-Proteine
Nur wenige Aminosäuren sind wichtig
Remagen - 10.09.2015, 09:20 Uhr
Forscher haben neue Erkenntnisse im Bereich der Signalübertragung durch G-Proteine. (Bild: カシス/Fotolia)
Forscher des schweizerischen Paul Scherrer Instituts (PSI), der ETH Zürich, des Pharmaunternehmens Roche und des britischen MRC Laboratory of Molecular Biology haben neue Details darüber aufgedeckt, wie die Zellen im Innern von Lebewesen äußere und innere Reize verarbeiten. Im Mittelpunkt der Studie standen die G-Proteine und die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR), die hierbei eine maßgebliche Rolle spielen. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass nur wenige Bausteine der G-Proteine dafür verantwortlich sind. Von ihren Ergebnissen berichten sie in der jüngsten Ausgabe des Fachmagazins „Nature Structural and Molecular Biology“.
Die Funktionen der G-Proteine wurde bereits seit geraumer Zeit intensiv erforscht und die Ergebnisse in den Jahren 1994 und 2012 sogar mit der Verleihung von Nobelpreisen gewürdigt. Details zur Aktivierung des G-Proteins waren aber bisher nicht bekannt. Diese Lücke wird nun durch die neue Studie geschlossen. Konkret untersuchte das Forscherteam ein G-Protein, das aus 354 Aminosäuren besteht. Um herauszufinden, wie es aktiviert wird, tauschten sie jede einzelne Aminosäure nacheinander gegen eine andere Aminosäure aus und prüften, wie sich der Austausch auf die Stärke der Aktivierung auswirkt.
Wenige Aminosäuren verantwortlich
„Die Analyse der Messungen zeigt, dass nur eine kleine Gruppe von rund 20 Aminosäuren maßgeblich an der Aktivierung des G-Proteins beteiligt ist“, erklärt Dawei Sun, der die Experimente als Teil seiner Dissertation am Paul Scherrer Institut durchgeführt hat, in einer Medienmitteilung des PSI. „Tatsächlich hat nur der Austausch dieser Aminosäuren einen entscheidenden Einfluss ausgeübt, während er bei den restlichen Aminosäuren für die Aktivierung des Proteins praktisch folgenlos blieb.“
Den Einfluss dieser maßgeblichen Aminosäuren machten die Wissenschaftler an Veränderungen in der Form eines Abschnitts des G-Proteins fest. Im deaktivierten Zustand ähnelt dieser einer ausgerollten Luftschlange (Helix-Struktur). „Beim Austausch der entscheidenden Aminosäuren fehlten an dieser Struktur die üblichen Windungen“, erläutert der Forschungsleiter der Studie im Labor für Biomolekulare Forschung am PSI, Dmitry Veprintsev. „Wir konnten damit beweisen, dass die Luftschlangenstruktur während der Aktivierung des G-Proteins zumindest vorübergehend verschwindet.“
Entscheidende Erkenntnis für Forschung
Die Forscher sind überzeugt, dass die Erkenntnisse nicht nur für das von ihnen untersuchte G-Protein gelten. Sie halten den neu entdeckte Mechanismus vielmehr für übertragbar auf andere Vorgänge, bei denen ähnliche Proteine an der Signalübertragung beteiligt sind – etwa Riechen und Schmecken. Dies konnte bereits durch umfangreiche Computerberechnungen eines Teams vom MRC Laboratory of Molecular Biology belegt werden.
Gebhard Schertler, Leiter des Forschungsbereichs Biologie und Chemie am PSI glaubt, dass das neue Wissen die Entwicklung von Medikamenten, die durch die Aktivierung eines GPCR-Rezeptors und des dazugehörigen G-Proteins wirken, einen entscheidenden Schritt vorantreiben wird. Schon heute entfaltet rund ein Drittel aller erhältlichen Medikamente, darunter Beta-Blocker, Antihistaminika, Serotonin-Agonisten und -Antagonisten, ihre Wirkung, indem sie bei einem G-Proteinen gekoppelten Rezeptor (GPCR) ansetzen.
Quelle: Sun D et al. Probing Gαi1 protein activation at single-amino acid resolution. Nat Struct Mol Biol. 2015 Sep;22(9):686-94. doi: 10.1038/nsmb.3070.
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