Schädliches markieren und beseitigen

Zellen müssen fortwährend unterscheiden, was bleiben darf und was beseitigt werden muss. Fehlgefaltete Proteine, beschädigte Mitochondrien oder eingedrungene Mikroorganismen können gefährlich werden, wenn sie sich ansammeln. Ihr gezielter Abbau erfolgt über einen Prozess, der als selektive Autophagie bezeichnet wird. Damit dieser Abbau nicht wahllos geschieht, werden die zu entsorgenden Bestandteile zuvor markiert: mit Ketten aus Ubiquitin-Molekülen. Diese Markierungen dienen als Erkennungssignale für sogenannte selektive Autophagie-Rezeptoren, die wiederum die Verbindung zur zellulären Abbaumaschinerie herstellen.

„Ein zentrales Protein dieser zellulären Logistik ist Optineurin“, erklärt Konstanze Winklhofer. „Es erkennt insbesondere fehlfaltete Proteine, beschädigte Mitochondrien und eingedrungene Bakterien und signalisiert dem Autophagie-System, diese Störenfriede zu beseitigen.“ Wie dieser Erkennungs- und Organisationsprozess im Detail abläuft, war bislang jedoch nicht vollständig verstanden.

Wie die Verbindung zur Abbaumaschinerie in Zellen entsteht

Die Bochumer Forschenden konnten nun zeigen, dass Optineurin nach der Bindung an Ubiquitin-Ketten sogenannte Kondensate bildet. Dabei handelt es sich um abgegrenzte Reaktionsräume innerhalb der Zelle, die durch Phasenseparierung entstehen. In diesen Kondensaten wird das effiziente Andocken der Autophagie-Maschinerie ermöglicht. Entscheidend ist dabei eine chemische Modifikation: Optineurin muss durch das Protein TBK1 (Tank-binding kinase 1) phosphoryliert werden. Erst in dieser Form bindet Optineurin besonders gut an Ubiquitin-Ketten und kann Kondensate ausbilden.