{"id":8243,"date":"2021-11-26T16:42:11","date_gmt":"2021-11-26T15:42:11","guid":{"rendered":"http:\/\/marburg.news\/?p=8243"},"modified":"2021-11-26T16:42:11","modified_gmt":"2021-11-26T15:42:11","slug":"probiert-und-initiiert-ein-handschlag-besiegelt-die-clusterbildung","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/marburg.news\/?p=8243","title":{"rendered":"Probiert und initiiert: Ein Handschlag besiegelt die Clusterbildung"},"content":{"rendered":"

Ein „Handschlag“ besiegelt die Bildung von Eisen-Schwefel-Clustern. Ein internationales Team hat den abschlie\u00dfenden Produktionsschritt eines Proteinkomplexes der Mitochondrien aufgekl\u00e4rt.
\nEine deutsch-kanadische Forschungsgruppe hat einen noch im Dunklen liegenden Reaktionsschritt aufgekl\u00e4rt, der zur Entstehung von Eisen-Schwefel-Clustern beitr\u00e4gt. Solche Cluster braucht der K\u00f6rper zum Beispiel f\u00fcr die zellul\u00e4re Atmung und viele lebenswichtige Stoffwechselvorg\u00e4nge. Wie das Team im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“ berichtet, treten Eisen und Schwefel zum Cluster zusammen, indem die Proteine, auf denen sie sitzen, sich durch Vermittlung einer einzigen Aminos\u00e4ure zusammenschlie\u00dfen.
\n„Enzyme mit Eisen-Schwefel-Clustern sind unersetzlich f\u00fcr zahlreiche essenzielle Lebensprozesse“, erl\u00e4uterte der Marburger Biochemiker und Zellforscher Prof. Dr. Roland Lill, der die Studie leitete. Beispiele daf\u00fcr sind insbesondere die Energiegewinnung in den Mitochondrien, die Vervielf\u00e4ltigung der Erbsubstanz DNA sowie deren Reparatur nach Sch\u00e4digungen. Ist die Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern gest\u00f6rt, kommt es zu schwerwiegenden Beeintr\u00e4chtigungen der Gesundheit wie etwa zu Blutarmut oder neurologischen Erkrankungen – bis hin zum Tod.
\nDie Entstehung von Eisen-Schwefel-Proteinen ist ein mehrstufiger Prozess, der das Zusammenwirken spezialisierter Enzyme erfordert; er findet zum gro\u00dfen Teil in den Mitochondrien statt, die als die Kraftwerke der Zelle gelten.
\n„Das Ineinandergreifen der molekularen Vorg\u00e4nge gleicht dabei den Abl\u00e4ufen in einer komplizierten Maschine“, erl\u00e4uterte Lill. In der ersten Phase entsteht eine Verbindung aus zwei Eisen- und zwei Schwefelatomen. Das ist ein sogenannter [2Fe-2S]-Cluster.
\nSchon dieser Vorgang erfordert eine ganze Kette von Reaktionen. Lill arbeitet mit vielen nationalen und internationalen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern seit zwei Jahrzehnten daran, den Prozess Schritt f\u00fcr Schritt bis in die mechanistischen Details aufzukl\u00e4ren.
\nDas Zusammenschmieden von Eisen und Schwefel in den Mitochondrien findet auf speziellen Ger\u00fcstproteinen statt. In menschlichen Zellen \u00fcbernimmt diese Aufgabe ein Paar von ISCU2-Proteinen, die am Ende des Prozesses durch eine [2Fe-2S]-Br\u00fccke verbunden sind.
\n„Wie aus Eisen und Schwefel, die an ISCU2 gebunden sind, ein [2Fe-2S]-Cluster entsteht, war bislang noch weitgehend unbekannt“, berichtete Lills Mitarbeiter Dr. Sven-Andreas Freibert. Er ist einer der Leitautoren der Fachver\u00f6ffentlichung.
\nDie Forschungsgruppe konzentrierte sich auf einen einzelnen Baustein des ISCU2-Proteins. Das war die Aminos\u00e4ure „Tyrosin an Position 35“.
\nWie wichtig die Aminos\u00e4ure an dieser Stelle ist, zeigen Experimente an Zellkulturen: In Zellen mit ISCU2, dem das Tyr35 fehlt, sinkt der Pegel wichtiger Eisen-Schwefel-Proteine der Mitochondrien. Das l\u00e4sst sich r\u00fcckg\u00e4ngig machen, indem man ISCU2 mit korrektem Tyr35 wieder k\u00fcnstlich einf\u00fcgt.
\nDas Team um Lill f\u00fchrte biochemische und zellbiologische Experimente durch, die den Mechanismus aufzeigen, durch den die Aminos\u00e4ure die Verm\u00e4hlung von Eisen und Schwefel zuwege bringt: Demnach gehen zwei Tyr35 unterschiedlicher ISCU2-Proteine eine Verbindung ein – Lill vergleicht das mit einem Handschlag -, wodurch auch die Eisen- und Schwefelatome zu einem [2Fe-2S]-Cluster verschmelzen.
\nDass Tyr35 eine solche Scharnierfunktion \u00fcbernimmt, belegt ein weiteres Experiment des Teams. Dabei setzte es zwei ISCU2-Proteine ein, bei denen Tyr35 gegen andere Aminos\u00e4uren ausgetauscht wurde, die entgegengesetzte elektrische Ladungen tragen. Ist deren gegenseitige Anziehung in der Lage, den vermuteten Kontakt zwischen zwei Tyr35 der beiden ISCU2-Proteine zu ersetzen?
\nEinzeln eingesetzt, unterst\u00fctzen diese Proteine die Clusterbildung nicht; mischt man die beiden Proteine mit den unterschiedlich geladenen Gruppen hingegen, so \u00fcbernimmt die elektrische Anziehung die Funktion, die ansonsten der Tyr35-Handschlag aus\u00fcbt. Das f\u00fchrt dazu, dass [2Fe-2S]-Cluster entstehen fast wie in normalen, unver\u00e4nderten Zellen.
\n„Wir haben die Beschreibung des Prozesses, durch den Eisen-Schwefel-Cluster entstehen, damit bis auf eine einzelne Aminos\u00e4ure heruntergebrochen“, fasste Lill zusammen. Das erlaube es nunmehr, den molekularen Mechanismus f\u00fcr den gesamten Zyklus der [2Fe-2S]-Clusterbildung in den Mitochondrien zu beschreiben.
\nLill leitet das Institut f\u00fcr Zytobiologie und Zytopathologie der Philipps-Universit\u00e4t und geh\u00f6rt dem Marburger „LOEWE-Zentrum f\u00fcr Synthetische Mikrobiologie“ an. Im Jahr 2003 erhielt der Biochemiker den Leibnizpreis und damit den am h\u00f6chsten dotierten deutschen Wissenschaftspreis; seit 2016 f\u00f6rdert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Lills Arbeit durch das Reinhard-Koselleck-Programm, das besonders wagnisreiche Forschungsprojekte unterst\u00fctzt.
\nAm Mittwoch (1. Dezember) \u00fcbernimmt Lill das Vizepr\u00e4sidentenamt der Von-Behring-R\u00f6ntgen-Stiftung<\/a>, die ihn f\u00fcr sein Lebenswerk mit der Von-Behring-R\u00f6ntgen-Medaille ausgezeichnet hat. Seine j\u00fcngste Publikation ging aus einer engen Kooperation zwischen Lills Arbeitsgruppe und kanadischen Wissenschaftlern von der University of Saskatchewan hervor, die wichtige strukturbiologische Beitr\u00e4ge lieferten. Die DFG, die hessische F\u00f6rderinitiative „LOEWE“, die Von-Behring-R\u00f6ntgen-Stiftung und das europ\u00e4ische COST-Programm haben die Forschungsarbeit unterst\u00fctzt.<\/p>\n

* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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