Eine von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierte Emmy Noether-Nachwuchsgruppe verstärkt jetzt die Forschung der Charité – Universitätsmedizin Berlin am Institut für Medizinische Physik und Biophysik. Unter der Leitung von Dr. David Schwefel untersucht ein Team von Nachwuchswissenschaftlern das sogenannte Ubiquitin-System. Ubiquitin ist ein Protein, das an den vielfältigsten zellulären Prozessen mitwirkt und für das Funktionieren einer Zelle von fundamentaler Bedeutung ist. Die DFG fördert die Nachwuchsgruppe für 5 Jahre mit insgesamt rund 1,5 Millionen Euro.
Die verschiedenen Proteine einer Zelle zeichnen sich unter anderem durch ihre unterschiedliche Lebensdauer aus. Solche mit regulatorischer Funktion werden beispielsweise abgeschaltet, sobald ihr Zweck erfüllt ist. Auch fehlerhaft hergestellte oder geschädigte Proteine werden abgebaut und ihre Bausteine wiederverwertet. Eine wichtige Komponente dieses Abbausystems ist das Protein Ubiquitin. Es kann über Ubiquitin-Proteinketten an andere Proteine angeheftet werden und funktionsmodifizierend oder als Abbausignal wirken. Ubiquitylierungsmechanismen sind an fast allen wichtigen zellulären Prozessen beteiligt, wie der Zellzykluskontrolle, der DNA-Reparatur oder der Gentranskription.
Charakteristisch für die größte Gruppe von Ubiquitylierungs-Enyzmen, die sogenannten Cullin-RING-Ubiquitinligasen, ist ihr modularer Aufbau. Die Module, die das Zielprotein erkennen und binden - die sogenannten Rezeptormodule - sind austauschbar. Auf diese Weise wird eine große Bandbreite von Substraten erreicht, die mit den Ubiquitylierungs-Enyzmen interagieren.
„Die Anheftung von Ubiquitin-Proteinketten an ein Zielprotein geschieht hochspezifisch, so dass eine fehlerhafte Regulierung von Proteinkonzentrationen oder Aktivitäten vermieden wird“, sagt Dr. David Schwefel, Leiter der neuen Emmy Noether-Forschungsgruppe. „Wir wollen in den nächsten Jahren herausfinden, wie genau diese spezifische Substraterkennung auf molekularer Ebene funktioniert, und wie durch relativ ähnliche Rezeptormoleküle eine Vielzahl von unterschiedlichen Zielproteinen gebunden und ubiquityliert werden können“, beschreibt der Dr. Schwefel sein Forschungsvorhaben. Weiterhin wollen die Wissenschaftler erforschen, wie Immunodefizienz-Viren, also solche, zu denen auch das AIDS auslösende Virus gehört, die Ubiquitylierungs-Substratspezifität abändern, um die Bedingungen für ihre Vervielfältigung in der infizierten Zelle zu verbessern. „Dies verspricht neue Einblicke in die Mechanismen von Virusinfektionen und könnte zur Entwicklung neuer Therapieformen beitragen“, so der Wissenschaftler.
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Dr. David Schwefel
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