RUB-Forscher entdecken neues Gerüstprotein

Ein „Anker", der Proteine festhält

Alle Organismen reagieren auf verschiedene externe und interne Reize: Führt man zum Beispiel dem Hyphenpilz Sordaria macrospora Nahrung zu, bilden sich Fruchtkörper als Teil des Sexualzyklus. Um diese Reaktion anzustoßen, müssen innerhalb von Zellen Signale weitergeleitet werden, die über Proteine vermittelt werden.

Damit verschiedene Proteine miteinander kommunizieren können, brauchen sie räumliche Nähe. Diese herzustellen ist Aufgabe von Gerüstproteinen, die wie ein Anker an mehrere Proteine binden und sie für die Dauer der Signalweiterleitung festhalten. RUB-Biologen um Dr. Ines Teichert haben in Hyphenpilzen ein neues Gerüstprotein entdeckt. PRO40 ist speziell für die Bildung von Fruchtkörpern wichtig. Über Ergebnisse berichten die Forscher in "PLoS Genetics".

Verständnis ist wichtig für Bekämpfung von Krankheiten
Zu den wichtigsten Signalwegen, über die alle eukaryotischen Organismen - also auch Menschen - verfügen, zählen die sogenannten MAP-Kinase-Module. Die aus mehreren Kinasen bestehenden Module veranlassen durch das Anhängen von Phosphat-Gruppen andere Proteine, ihre Aktivität zu ändern. Wie genau eine geringe Anzahl von MAP-Kinase-Modulen (in Pilzen sind es meist drei Module) passende Antworten auf verschiedenste Reize hervorruft, ist noch nicht gut verstanden. "Dabei ist genau dieses Verständnis wichtig für die Bekämpfung von Krankheiten, denen eine veränderte Signalweiterleitung zugrunde liegt, z.B. Alzheimer und Krebs", erläutert Ines Teichert.

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Gerüstproteine ermöglichen Interaktion
Um diese Grundlagen zu erforschen, nutzen die Wissenschaftler niedere Organismen mit einfachen Lebenszyklen wie Pilze. Eine Chance, den Mechanismen der Signalweiterleitung auf die Spur zu kommen, liegt in sogenannten Gerüstproteinen. Wie ein Anker binden sie verschiedene Kinasen der MAP-Kinase-Module und bringen sie so in räumliche Nähe. Nur dann können Reaktionen zwischen ihnen stattfinden, so dass ein Signal weitergegeben werden kann. Da Gerüstproteine einander sehr unähnlich sind, sind sie schwer zu finden.

Ohne PRO40 kein Sexualzyklus
Dr. Ines Teichert (Lehrstuhl für Allgemeine und Molekulare Botanik) und ihre Kooperationspartner der Arbeitsgruppe für Analytische Chemie (Dr. Dirk Wolters) verdächtigten das Protein PRO40 als Gerüstprotein. Es zeigte sich, dass genetisch veränderte Pilze, die kein PRO40 bildeten, auch keine Fruchtkörper bildeten. Untersuchungen des Proteins belegten, dass PRO40 zwei Kinasen des MAP-Kinase-Moduls sowie eine weitere Kinase bindet, die das Modul anschaltet. Außerdem wirkt PRO40 direkt auf die Aktivität der MAP-Kinase.

"Damit konnten wir erstmals nachweisen, dass PRO40 ein Gerüstprotein ist, das spezifisch für sexuelle Entwicklungsprozesse in Hyphenpilzen ist", erklärt Dr. Teichert. In anderen Pilzen sind Entsprechungen bekannt, die für die Phytopathogenität der Pilze, d.h. den Befall von Pflanzen, oder für Pilz-Pflanzen-Symbiosen verantwortlich sind. Mit der Funktion als Gerüstprotein ist für PRO40 nun erstmals ein Funktionsmodell auf molekularer Ebene verfügbar.

Förderung durch die DFG
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Projekt unter Leitung von Prof. Dr. Ulrich Kück am Lehrstuhl für Allgemeine und Molekulare Botanik (PAK489 & FOR1334).

Titelaufnahme:
Ines Teichert, Eva Katharina Steffens, Nicole Schnaß, Benjamin Fränzel, Christoph Krisp, Dirk A. Wolters & Ulrich Kück (2014): PRO40 is a scaffold protein of the cell wall integrity pathway, linking the MAP kinase module to the upstream activator protein kinase C.

Weitere Informationen:
Dr. Ines Teichert
Lehrstuhl für Allgemeine und Molekulare Botanik
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ines.Teichert@rub.de

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