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Viele biologische Abläufe unterliegen rhythmischen Veränderungen. Bekannte Beispiele hierfür sind etwa der sogennante zirkadiale Rhythmus, eine „innere Uhr“ mit etwa 24-stündiger Periode, oder der etwas kürzere, ultradiane Rhythmus. Oft ist die Zellteilung mit diesem Rhythmus gekoppelt. Biologen aus Saarbrücken und Kaiserslautern haben nun herausgefunden, dass dieser Rhythmus und dessen Kopplung mit der Zellteilung eng mit Wasserstoffperoxid zusammenhängt. Die Studie wurde im renommierten Fachjournal Nature Chemical Biology veröffentlicht.
Die Abläufe in Lebewesen folgen einer fein orchestrierten Choreographie bis hin auf molekulare Ebene. Von großer Bedeutung für diese Abläufe im Körper sind auch streng vorgegebene Rhythmen, denen bestimmte Kreisläufe folgen. So spielt zum Beispiel der rund 24 Stunden andauernde zirkadiane Zyklus, eine Art „innere Uhr“, für Stoffwechsel- und Zellteilungsmechanismen in den Zellen eine wichtige Rolle.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Saarbrücken und Kaiserslautern haben nun einen ähnlichen Zyklus, den etwas kürzeren ultradianen Zyklus der Bäckerhefe genauer unter die Lupe genommen. Unter Federführung von Bruce Morgan, Professor für Biochemie an der Universität des Saarlandes, haben die Fachleute untersucht, was im Modellorganismus Bäckerhefe geschieht, wenn man den Stoffwechsel der Zellen gezielt verändert. Bisher bekannt war, dass die Stoffwechselabläufe und die Zellteilungs-Zyklen in gesunden Zellen oft synchron nach genau solchen Rhythmen ablaufen. Bisher unbeantwortet war, ob rhythmische Änderungen im Stoffwechsel Grund oder Folge von Zellteilung sind.
Mithilfe von neuartigen fluoreszierenden Sensoren haben die Wissenschaftler rhythmische Änderungen des Wasserstoffperoxid-Spiegels beobachten können. Wasserstoffperoxid (H2O2) war lange Zeit eher bekannt dafür, dass es Zellen stresst und schädigt. „Wir haben dazu das Protein Peroxiredoxin und seine Reaktion mit untersucht sowie die Folgen auf den Zellteilungs-Zyklus der Zellen“, erklärt Bruce Morgan. Denn das Protein Peroxiredoxin reagiert sehr empfindlich auf Wasserstoffperoxid und bietet sich deshalb besonders gut an, um den komplexen Mechanismus der „inneren Uhr“ der Zellen weiter zu verstehen.
Die Frage, ob eine Änderung dieses Rhythmus Grund oder Folge einer Stoffwechseländerung ist, konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun offenbar beantworten: „Wir konnten feststellen, dass die Kopplung zwischen Stoffwechsel und Zellteilung unterbrochen wird, wenn wir das Peroxiredoxin im Bäckerhefe inaktivieren“, erläutert Biochemiker Morgan. Die Zellteilung läuft dann entkoppelt vom Stoffwechsel der Zellen ab. Darüber hinaus konnten sie präzise steuern, wann die Zellen in den Zellteilungszyklus ein- und austreten, indem sie die Stoffwechselzyklen präzise gesteuert haben.
Diese grundlegenden Erkenntnisse könnten wichtig sein, um die unkontrollierte Zellteilung in Tumorzellen besser zu verstehen. Es ist bekannt, dass die Zellteilung in Krebszellen häufig von der circadianen Uhr entkoppelt ist. Es wird in Zukunft äußerst interessant sein, zu untersuchen, ob eine gestörte H2O2-Regulierung daran beteiligt ist.
Prof. Dr. Bruce Morgan
Tel.: (0681) 3023005
E-Mail: bruce.morgan@uni-saarland.de
Amponsah, P.S., Yahya, G., Zimmermann, J. et al. Peroxiredoxins couple metabolism and cell division in an ultradian cycle. Nat Chem Biol (2021). https://doi.org/10.1038/s41589-020-00728-9
Prof. Dr. Bruce Morgan
Jörg Pütz
Universität des Saarlandes/Jörg Pütz
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Medicine
regional
Research results, Scientific Publications
German
Prof. Dr. Bruce Morgan
Jörg Pütz
Universität des Saarlandes/Jörg Pütz
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