Energiehaushalt der menschlichen Zelle

Zellen auf Stand-by

Grundlagenforscher der Charité-Universitätsmedizin Berlin haben entdeckt, dass es in der menschlichen Zelle einen „Standby-Modus“ gibt, ganz ähnlich wie beim Fernseher sozusagen. Beim Menschen ist er beim Abbau von Proteinen in der menschlichen Zelle zu beobachten: 
Proteine – umgangssprachlich auch Eiweiße genannt – sind die Grundbausteine aller Zellen. In jeder Zelle existieren zwei verschiedene Orte für den Proteinabbau, einer davon ist das Proteasom. Seine Aufgabe besteht darin, unter Verbrauch von Energie speziell markierte Proteine effizient zu zerkleinern. Bisher ist man von der Annahme ausgegangen, dass das Proteasom selbst dann voll aktiv ist (und damit viel Energie benötigt), wenn es gerade kein Protein zerkleinert.

Nachweis aus dem Reagenzglas

Die Arbeitsgruppe um Prof. Peter-Michael Kloetzel, Direktor des Instituts für Biochemie am Campus Charité Mitte, konnte zeigen, dass es beim Proteasom einen „Energiespar-Modus“ gibt. „Es ist zwar tatsächlich ständig in Bereitschaft, aber erst dann, wenn das Proteasom mit einem zum Abbau markierten Protein in Kontakt kommt, wird es richtig angeschaltet", erklärt Kloetzel. Durch diese biologische Standby-Funktion vermeidet die Zelle unnötigen Energieverbrauch.

Nachweisen konnten die Forscher diese Standby-Funktion im Reagenzglas: Sie versahen ein künstlich hergestelltes Protein mit einem Abbaumarker und legten dieses Protein anschließend in eine Nährstofflösung mit Proteasomen, sozusagen eine künstlich hergestellte Zellflüssigkeit.

Ein Blick nach vorn

Ergebnis: Die Proteasome wurden schlagartig aktiver, wenn sie auf das markierte Protein trafen. „Die Erforschung des energiesparenden Proteinabbaus ist ein wichtiger Schritt für das Verständnis des Stoffwechsels in der Zelle", sagt Kloetzel. Der Aktivitätszustand des Proteasoms und damit dessen Fähigkeit, Proteine spezifisch abzubauen, ist zudem von großer Bedeutung für die korrekte Funktion der Zelle und somit direkt und indirekt an der Entstehung von Erkrankungen des Immunsystems sowie von Krebs und Parkinson beteiligt. Wie sich eine verlangsamte Aktivität des Proteasoms, beispielsweise im Alter, auf diese Krankheitsbilder auswirkt, wird derzeit in weiteren Studien erforscht.