Einen neuen molekularen Schaltmechanismus in Bakterien hat ein Marburger Forschungsteam entdeckt. Damit kann Stress Proteine neu programmieren.
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Gert Bange vom Zentrum für Synthetische Mikrobiologie der Philipps-Universität Marburg hat einen bislang unbekannten Mechanismus entschlüsselt, mit dem Bakterien ihre Zellprozesse unter Stress anpassen. Gemeinsam mit Prof. Jade Wang von der University of Wisconsin im US-amerikanischen Madison zeigen die Forschenden, dass das Stressmolekül „AP4A „gezielt in die Regulation zentraler Stoffwechselprozesse eingreift. Die Ergebnisse sind im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.
Chemische Markierungen steuern die Zellaktivität. Zellen regulieren ihre Proteine häufig durch sogenannte Acetylierung – kleine chemische Veränderungen, die die Aktivität der Eiweiße beeinflussen. Damit diese Steuerung flexibel bleibt, müssen solche Markierungen gezielt gesetzt und wieder entfernt werden.
Das Marburger Team konnte nun zeigen: Unter Stress wirkt das Molekül AP4A wie ein Schalter. Es stabilisiert das Protein AcuB, das wiederum ein zentrales Enzym hemmt, das normalerweise Acetylgruppen entfernt. Dadurch bleiben zahlreiche Proteine stärker verändert – der Stoffwechsel der Zelle wird neu justiert.
„Wir konnten erstmals im Detail nachvollziehen, wie AP4A an sein Zielprotein bindet und dadurch die Protein-Acetylierung gezielt beeinflusst“, berichtete Erstautor Dr. Liujuan Zheng. D. Der chinesische Gastwissenschaftler arbeitet im Labor von Bange. „Das Molekül fungiert unter Stressbedingungen als aktives Signal“, erläuterte er. „Es verschiebt die Balance der Proteinregulation und ermöglicht der Zelle eine schnelle Anpassung.“
Laborleiter Bange ordnete die Ergebnisse ein: „Damit identifizieren wir einen neuen zentralen Schaltpunkt zwischen Stresssignal und Stoffwechsel. Solche Mechanismen helfen uns zu verstehen, wie Zellen ihre inneren Abläufe unter Belastung koordiniert umstellen.“ Mit Hilfe moderner Struktur- und Analyseverfahren entschlüsselte das Team die molekularen Details dieses Regulationsmechanismus. Das untersuchte bakterielle Enzym ähnelt menschlichen Histon-Deacetylasen –
wichtigen Angriffspunkten moderner Krebsmedikamente. „Die Regulation der Protein-Acetylierung ist evolutionär weit verbreitet“, erklärte Bange. „Da AP4A auch im Menschen vorkommt, könnten vergleichbare Kontrollmechanismen existieren. Das eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis von Stoffwechselregulation und Stressbiologie.“
* pm: Philipps-Universität Marburg