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Molekularbiologie

Süße Scharfmacher

LMU-Wissenschaftler haben einen neuen Mechanismus entdeckt, durch den pathogene Bakterien ihre Wirkung entfalten: Das Anheften einer zusätzlichen Zuckergruppe an den Translationsfaktor EF-P aktiviert die Produktion krankmachender Proteine.

LMU-Wissenschaftler haben einen neuen Mechanismus entdeckt, durch den pathogene Bakterien ihre Wirkung entfalten: Das Anheften einer zusätzlichen Zuckergruppe an den Translationsfaktor EF-P aktiviert die Produktion krankmachender Proteine. (Bild: AG Jung)

Der Translationsfaktor EF-P spielt bei der Regulation der Proteinproduktion eine wichtige Rolle: Wird die Proteinsynthese in den Ribosomen durch bestimmte Signale gestoppt, kann erst EF-P die zelluläre Proteinfabrik wieder anwerfen. Studien an einer Reihe pathogener Bakterien haben gezeigt, dass dieser Vorgang etwa für die Produktion krankmachender Proteine wichtig ist – fehlt den Bakterien EF-P, sind sie deutlich weniger virulent. Allerdings kann EF-P die Proteinsynthese nur frei schalten, wenn es zuvor chemisch modifiziert wurde. „Wir haben nun einen völlig neuen Mechanismus für diese EF-P-Modifikation gefunden“, sagt die LMU-Mikrobiologin Kirsten Jung.

Zuckerzusatz aktiviert
Jungs Team konnte zeigen, dass EF-P aktiviert wird, wenn an einen bestimmten EF-P-Baustein – die Aminosäure Arginin – ein zusätzliches Zuckermolekül, eine sogenannte Rhamnose, angedockt wird. Dieser Vorgang wird als Arginin-Rhamnosylierung bezeichnet. „Soweit wir wissen, sind wir die Ersten, die eine derartige Modifikation bei Bakterien nachweisen konnten“, sagt Jürgen Lassak, der Erstautor der Studie. EF-P kommt nicht nur in Bakterien vor, sondern auch Archaeen und Zellen höherer Organismen besitzen ein EF-P-Pendant.

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In einer früheren Arbeit deckte Jung gemeinsam mit Daniel Wilson (Genzentrum), mit dem die Mikrobiologin im Rahmen des Exzellenzclusters CIPSM zusammenarbeitet und der auch an der neuen Studie beteiligt ist, die Funktionsweise von EF-P im Darmbakterium Escherichia coli auf. „Allerdings wird E. coli EF-P auf eine andere Weise modifiziert, und die dafür notwendigen Enzyme besitzen nur 25 Prozent aller Bakterien. Mit unserer neuen Studie konnten wir die Bandbreite an Bakterien, für die die Art und Weise der EF-P-Modifikation bekannt ist, deutlich erweitern“, erklärt Jung.

Angriffspunkt für Antibiotika
Der Fund bietet möglicherweise einen Angriffspunkt für neuartige Antibiotika, die gerade vor dem Hintergrund der steigenden Zahl multiresistenter Keime dringend benötigt werden. „Die Arginin-Rhamnosylierung kommt auch bei klinisch relevanten Bakterien wie etwa Pseudomonas aeruginosa und Neisseria vor, häufig mehrfach resistenten Krankenhauskeimen“, sagt Lassak. „Wenn wir einen Weg finden, diesen Mechanismus gezielt zu hemmen, könnte dies die Entwicklung neuer Wirkstoffe deutlich voranbringen.“

Dieses Ziel wollen die Wissenschaftler weiter verfolgen und zusätzlich untersuchen, ob auch andere Proteine als EF-P mithilfe der Arginin-Rhamnosylierung modifiziert werden. „Möglicherweise könnte man diesen Mechanismus auch im Rahmen der synthetischen Biologie nutzen, um die Eigenschaften und Funktionen von Proteinen zu modifizieren“, blickt Jung in die Zukunft.

Publikation:
Arginine-rhamnosylation as new strategy to activate translation elongation factor P: Jürgen Lassak, Eva Keilhauer, Maximilian Fürst, Kristin Wuichet, Julia Gödeke, Agata L Starosta, Jhong-Min Chen, Lotte Søgaard-Andersen, Jürgen Rohr, Daniel N. Wilson, Susanne Häussler, Matthias Mann & Kirsten Jung. Nature Chemical Biology 2015. DOI: 10.1038/nchembio.1751.

Kontakt:
Prof. Dr. Kirsten Jung / Prof. Dr. Jürgen Lassak
Department Biologie I, Ber. Mikrobiologie
E-Mail: jung@lmu.de; juergen.lassak@lmu.de
http://www.mikrobiologie.biologie.uni-muenchen.de

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