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Wie Proteine Membranbläschen zusammenbringen

Forscher haben neue Einblicke in einen Mechanismus erlangt, der ein entscheidender Schritt beim zellulären Abbau von Krankheitserregern sein könnte. Dabei helfen bestimmte Proteine im menschlichen Körper bei der Immunabwehr. Krankheitserreger wie Viren oder Bakterien werden in Membranbläschen verpackt und dort unschädlich gemacht. 

Dafür entscheidend sind die sogenannten Guanylat-Bindungsproteine. Wie sie zu dem Prozess beitragen, untersuchten Forscher der Ruhr-Universität Bochum, des Paul-Ehrlich-Instituts und der Universität zu Köln gemeinsam mit weiteren Partnern aus Erlangen und Genf. Das Team um Professor Dr. Christian Herrmann und Dr. Sergii Shydlovskyi vom Bochumer Exzellenzcluster Resolv und Dr. Gerrit Praefcke, früher an der Universität zu Köln, heute am Paul-Ehrlich-Institut in Langen, berichtet über die Studie in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“, kurz PNAS.

Mit einer Kombination aus zellbiologischen und biochemischen Experimenten ergründeten die Forscherinnen und Forscher die Funktion des humanen Guanylat-Bindungsproteins 1 (hGBP1). In Zellen interagiert es mit dem Energiespeichermolekül GTP, von dem es ein oder zwei Phosphatgruppen abspalten kann, um Energie freizusetzen. 

In der aktuellen Studie fanden die Wissenschaftler heraus, dass hGBP1 die bei der Spaltung freiwerdende Energie nutzt, um seine Struktur zu verändern: Es legt einen Lipidanker frei. Über diesen Anker kann es mit anderen hGBP1-Proteinen größere ringförmige Polymere bilden. Mithilfe von künstlichen Vesikeln stellte das Team außerdem fest, dass hGBP1 den Anker nutzt, um an die Vesikelmembran zu binden. Auf diese Weise zieht es mehrere solcher Membranbläschen zusammen, was eine Vorstufe zur Fusion der Vesikel sein könnte, vermuten die Forscher.

Eine solche Fusion ist entscheidend für die Immunabwehr: Krankheitserreger werden im menschlichen Körper in Vesikel eingeschlossen, die mit bestimmten Zellorganellen, den Lysosomen, verschmelzen. Letztere enthalten Enzyme, die die Pathogene abbauen. In der aktuellen Studie wies das Team auch nach, dass das Protein hGBP1 in lebenden Zellen tatsächlich an dem Signalweg beteiligt ist, der über die Lysosomen zum Abbau von Viren und Bakterien führt.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten im Rahmen des Exzellenzcluster Resolv (EXC 1069), des Sonderforschungsbereichs SFB 635 und des Schwerpunktprogramms 1580. Weitere Unterstützung kam von dem siebten Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Kommission durch den Grant TRANSPOL 264399.

Link:
Sergii Shydlovskyi et al.: Nucleotide-dependent farnesyl switch orchestrates polymerization and membrane binding of human guanylate-binding protein 1, in: PNAS, 2017, DOI: 10.1073/pnas.1620959114

Inhaltlicher Kontakt:
Dr. Gerrit Praefcke
Tel.: 06103 770
E-Mail: gpraefck(at)uni-koeln.de

Professor Dr. Christian Herrmann
Tel.: 0234 32 24173
E-Mail: chr.herrmann(at)rub.de

Abt. Presse und Kommunikation
Robert Hahn
Tel.: 0221 470 2396
r.hahn(at)verrw.uni-koeln.de