Wie gelangt der Schwefel in Eisen-Schwefel-Proteine? was hat der Weg des Schwefels mit der Krankheit „Friedreich-Ataxie“ zu tun??
\nDas medizinisch bedeutsame Protein „Frataxin“ sorgt daf\u00fcr, dass die Herstellung von lebenswichtigen Eisen-Schwefel-Proteinen schnell und pr\u00e4zise erfolgt. Das hat eine Kooperation dreier Forschungsgruppen unter Marburger Leitung herausgefunden, indem sie anaerobe Kryo-Elektronenmikroskopie, biochemische Verfahren und M\u00f6ssbauer-Spektroskopie kombinierte. Das Team berichtet im Forschungsmagazin „Nature Communications“ \u00fcber seine Ergebnisse.
\n„Enzyme mit Eisen-Schwefel-Clustern – W\u00fcrfelchen aus Eisen- und Schwefelionen – sind unersetzlich f\u00fcr zahlreiche essenzielle Lebensprozesse“, erkl\u00e4rte der Biochemiker Prof. Dr. Roland Lill von der Philipps-Universit\u00e4t, der seit vielen Jahren an der Synthese von Eisen-Schwefel-Proteinen arbeitet und das Forschungsprojekt initiierte. Diese Proteine sind insbesondere an der Energiegewinnung in den Mitochondrien, an der Vervielf\u00e4ltigung der Erbsubstanz DNA sowie an deren Reparatur nach Sch\u00e4digungen im Zellkern beteiligt.
\nDie Entstehung von Eisen-Schwefel-Proteinen ist ein mehrstufiger Prozess, der das Zusammenwirken spezialisierter Enzyme erfordert. Die Reifung von Eisen-Schwefel-Clustern startet an einem Molek\u00fclkomplex im Mitochondrium. Das ist ein Zellorganell, das auch f\u00fcr die Energieumwandlung der Zelle zust\u00e4ndig ist.
\n„Wie der Schwefel f\u00fcr die Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern an seinen Platz gelangt, war bislang nicht klar“, f\u00fchrte Lills Mitarbeiter Dr. Vinzent Schulz aus. Er ist einer der drei Leitautoren des Fachartikels. Um zu kl\u00e4ren, wie Schwefel aus der Aminos\u00e4ure Cystein freigesetzt und dann von einer Komponente des Molek\u00fclkomplexes zur n\u00e4chsten weitergereicht wird, tat sich Lills Marburger Team mit den Arbeitsgruppen von Dr. Bonnie J. Murphy am Max-Planck-Institut f\u00fcr Biophysik in Frankfurt und von Prof. Dr. Volker Sch\u00fcnemann an der Universit\u00e4t Kaiserslautern-Landau zusammen.
\n„Die anaerobe Kryo-Elektronenmikroskopie lieferte zum ersten Mal genaue Schnappsch\u00fcsse, die den schrittweisen \u00dcbergang des Schwefels vom Cystein \u00fcber die Komponenten NFS1 zum ISCU2 zeigen“, legte Lill dar. „Die gefundenen Zwischenstufen sind extrem labil und waren daher nur schwer strukturell fassbar. Man musste ein kleines Schwefelmolek\u00fcl in einer vieltausendmal gr\u00f6\u00dferen Struktur genau erkennen.“
\nEingehende biochemische Voranalysen erlaubten es, die Zwischenschritte so spezifisch herzustellen, dass sich die Einzelschritte des Prozesses erstmals beobachten lie\u00dfen. Zu dem Molek\u00fclkomplex geh\u00f6rt unter anderem Frataxin; dabei handelt es sich um ein klinisch relevantes Protein, das bei der seltenen neurodegenerativen Erkrankung „Friedreich-Ataxie“ in mutierter Form vorliegt. Erst k\u00fcrzlich wurde ein erstes Medikament f\u00fcr diese Krankheit zugelassen.
\n„Aber welche genaue biochemische Aufgabe Frataxin normalerweise im Prozess der Eisen-Schwefel-Cluster-Synthese \u00fcbernimmt, war bislang weitgehend unbekannt“, erl\u00e4uterte Lill. „Meist wurde eine direkte Eisenbindung vermutet.“
\nNun fand die Gruppe heraus, dass Frataxin dabei hilft, den Schwefel innerhalb des Molek\u00fclkomplexes schnell und pr\u00e4zise vom NFS1 zum ISCU2 weiterzugeben. „Dabei induziert Frataxin kleine Strukturver\u00e4nderungen, die die Schwefel-\u00fcbertragenden Aminos\u00e4uren so nahe zueinander bringen, dass die Reaktion schnell und pr\u00e4zise stattfinden kann“, erkl\u00e4rte der Marburger Zellbiologe. „Aus diesen Erkenntnissen lassen sich nun Ideen f\u00fcr neue Therapieans\u00e4tze entwickeln.“
\nLill leitet das Institut f\u00fcr Zytobiologie und Zytopathologie der Philipps-Universit\u00e4t und geh\u00f6rt dem Marburger „LOEWE-Zentrum f\u00fcr Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO)“ an. Der Biochemiker ist Tr\u00e4ger des Leibnizpreises. Das ist der am h\u00f6chsten dotierte deutsche Wissenschaftspreis. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Max-Planck-Gesellschaft haben seine j\u00fcngste Forschungsarbeit finanziell unterst\u00fctzt.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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