idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instanz:
Teilen: 
29.07.2019 09:08

Proteinforschung: Vermeintliche Unordnung ist gar keine

Meike Drießen Dezernat Hochschulkommunikation
Ruhr-Universität Bochum

    Während die korrekte Funktion vieler Proteine von ihrer dreidimensionalen Struktur abhängt, scheinen einige zufällige Formen anzunehmen. Für eines von ihnen hat ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) gezeigt, dass die vermeintliche Unordnung gar keine ist: Das Protein HMGA1a nimmt dynamische, kompaktere Strukturen an, die von seiner Phosphorylierung abhängen. Eine Fehlfunktion von HMGA1a kann zu Krebserkrankungen führen. Die Forscher um Prof. Dr. Raphael Stoll erwarten daher, dass ihre Ergebnisse eine Grundlage für künftige therapeutische Strategien gegen Krebserkrankungen darstellen, die durch HMGA1a verursacht werden.

    Sie berichten im Journal Nucleic Acids Research vom 24. Juli 2019.

    Viele – aber nicht alle – Proteine in einer lebenden Zelle haben eine definierte dreidimensionale Struktur, die für ihre korrekte Aktivität absolut notwendig ist. Die wechselseitige Beziehung zwischen Struktur und Funktion von Proteinen steht im Fokus vieler Forschungsinitiativen, die bis zur Entwicklung neuartiger Medikamente reichen.

    Mindestens 30 Prozent aller Proteine sind unstrukturiert

    „Auf der Basis jüngerer Forschungsergebnisse wird jedoch vorhergesagt, dass mindestens 30 Prozent aller Proteine in kernhaltigen Zellen teilweise oder sogar gänzlich unstrukturiert sind“, so Raphael Stoll, Leiter der Arbeitsgruppe Biomolekulare Spektroskopie. Trotz oder gerade wegen dieser Besonderheit haben diese Proteine spezielle, teils entscheidende Funktionen sowohl bei gesunden als auch bei krankmachenden Prozessen. Dazu gehören zum Beispiel die Regulation des Zellzyklus, die Übertragung von biologischen Signalen, aber auch die Entwicklung von Krebs oder neurodegenerativer Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson.

    Eines dieser scheinbar ungeordneten Proteine ist das High Mobility Group Protein A1a (HMGA1a). Es ist in großer Stückzahl im Zellkern enthalten und wichtig für die Embryonalentwicklung, die Zelldifferenzierung, aber auch beteiligt an der Entstehung unkontrollierter Zellwucherungen, sogenannter Neoplasien.

    Das erste Strukturmodell in voller Länge

    Dem Bochumer Forscherteam ist es erstmals gelungen zu zeigen, dass das HMGA1a-Protein nicht zufällige Formen annimmt, sondern dynamische, kompaktere Strukturen. Damit konnten die Wissenschaftler das erste Strukturmodell des HMGA1a-Proteins in voller Länge erstellen.

    Darüber hinaus konnten sie zeigen, welche strukturellen Auswirkungen die Phosphorylierung des HMGA1a-Proteins auf die natürliche Proteinfunktion hat. Durch das Anhängen von Phosphorylgruppen werden viele Proteine in ihrer Funktion verändert und somit ein- oder ausgeschaltet. Außerdem können Phosphorylgruppen die Möglichkeit des Proteins beeinflussen, an andere Zellbestandteile zu binden. HMGA1a bindet an die DNA. Dieser Prozess ist für dessen biologische Wirkungsweise von großer Bedeutung, da HMGA1a beispielsweise daran beteiligt ist, die Bildung von RNA zu regulieren und die Chromosomen zu reorganisieren.

    Struktur und Bindungsmöglichkeiten ändern sich

    Die Forscher benutzten die magnetische Kernresonanzspektroskopie, die nicht nur Informationen zur Struktur, sondern auch zur Dynamik von Proteinen liefern kann. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die dynamischen und kompakten Strukturen dieses Proteins von dessen Phosphorylierungszustand abhängen“, berichtet Raphael Stoll. In der Zelle wird das HMGA1a-Protein durch die sogenannte Casein-Kinase 2 phosphoryliert. Das hat Auswirkungen auf das elektrostatische Netzwerk im HMGA1a-Protein und ändert dadurch das dynamische Strukturensemble dieses Proteins. Weitere Untersuchungen konnten zeigen, dass diese Veränderungen sich sogar auf die Fähigkeit des HMGA1a-Proteins auswirken, an seine natürliche Zielsequenz in der DNA des Zellkerns zu binden.

    Förderung

    Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der RUB Research School Plus unterstützt.

    Originalveröffentlichung

    Bastian Kohl, Xueyin Zhong, Christian Herrmann, Raphael Stoll: Phosphorylation orchestrates the structural ensemble of the intrinsically disordered protein HMGA1 and modulates its DNA binding to the NFKB promoter, in: Nucleic Acids Research, 2019, DOI: 10.1093/nar/gkz614/5538012

    Pressekontakt

    Prof. Dr. Raphael Stoll
    Biomolekulare Spektroskopie
    Fakultät für Chemie und Biochemie
    Ruhr-Universität Bochum
    Tel.: 0234 32 25466
    E-Mail: raphael.stoll@rub.de


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Prof. Dr. Raphael Stoll
    Biomolekulare Spektroskopie
    Fakultät für Chemie und Biochemie
    Ruhr-Universität Bochum
    Tel.: 0234 32 25466
    E-Mail: raphael.stoll@rub.de


    Originalpublikation:

    Bastian Kohl, Xueyin Zhong, Christian Herrmann, Raphael Stoll: Phosphorylation orchestrates the structural ensemble of the intrinsically disordered protein HMGA1 and modulates its DNA binding to the NFKB promoter, in: Nucleic Acids Research, 2019, DOI: 10.1093/nar/gkz614/5538012


    Weitere Informationen:

    https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz614/5538012 - Link zum Paper


    Bilder

    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Biologie, Medizin
    überregional
    Forschungsergebnisse
    Deutsch


     

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).