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Spitzenforschung am Kölner CECAD

Protein in Zellen wirkt wie ein Schalter

28. September 2016 | 09:30 | red
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Das Exzellenzcluter CECAD hat einen weiteren Baustein zur Erforschung von Alterungsprozessen herausgefunden. Bild: Archiv Köln Nachrichten

Ein Forscherteam am Kölner Exzellenzcluster CECAD ist bei der Ergründung der Alterung im menschlichen Körper einem bestimmten Protein auf der Spur. Das wirkt in den Zellen wie eine Art On-/Off-Schalter.

Wie die Kölner Universität am gestrigen Dienstag berichtete, ergründet das Exzellenzcluster am Standort in der Joseph-Stelzmann-Straße die spezifischen Prozesse und Zusammenhänge des Alterns. Ein sichtbares Zeichen des Alterns ist der zunehmende Tod bestimmter Zellen. Nun haben die Wissenschaftler ein Protein namens UFD-2 identifiziert, dass eine Schlüsselrolle in der Frage einnimmt, ob eine Zelle stirbt oder ob sie repariert werden kann.

Was sich einfach anhört, ist in Wahrheit eine regelrechte Kaskade von Signalwegen, denen die Kölner Forscher nun nachgegangen sind. Die genetische Information einer jeden Zelle liegt in ihrer Sequenz der DNA-Doppelhelix. Doppelstrangbrüche der DNA, die durch Strahlung hervorgerufen werden können, sind eine gefährliche Bedrohung für die Zelle und können zu Krebs führen wenn sie nicht repariert werden. Beschädigte Zellen stehen daher vor der Entscheidung, ob die Brüche ausgebessert werden können oder entfernt werden müssen, um Krebs zu verhindern. Dies geschieht durch ein zelluläres „Selbstmord-Programm“, das Apoptose genannt wird.

Innerhalb von Sekunden nach der Schädigung setzen verschiedene Mechanismen ein. Auf eine schizophrene Art und Weise beginnen die Zellen sowohl die Reparatur als auch die Vorbereitung für die Apoptose. Wir identifizierten einen unbekannten Mechanismus, der die Signale sowohl der stattfindenden Reparatur als auch die der Zelltod-Maschinerie integriert. Ein Protein, UFD-2, bildet große Komplexe an den Brüchen und prüft, ob die Reparatur fortgesetzt wird oder es für die Zelle Zeit ist zu sterben“, erläutert der Wissenschaftler Björn Schumacher, einer der Hauptautoren der Studie.

Für ihre Studien nahmen sich die Wissenschaftler den Fadenwurm „Caenorhabditis elegans“ in den Fokus. „Für unsere Forschung untersuchten wir unterschiedliche Stämme von C. elegans, sowohl vom Wildtyp als auch genetisch modifizierte. Sie wurden ionisierender Strahlung ausgesetzt und danach untersucht“, erklärte Leena Ackermann, Erstautorin der Studie, den Forschungsansatz. „Die Ergebnisse sind wichtig um besser zu verstehen, warum und wie eine Zelle sich für Reparatur oder Tod entscheidet. Verläuft die Reparatur erfolgreich oder ist doch die Apoptose nötig? Zellen, denen UFD-2 fehlt, können keine Apoptose durchführen. Bei Menschen kann das das Risiko erhöhen, dass sich eine beschädigte Zelle zu Krebs entwickelt“, ergänzte Co-Autor Schumacher.

Hoffnung auf neue Ansätze zur Tumortherapie

Zwar haben Fadenwürmer dieser Art und der Mensch auf den ersten Blick wenig gemein. Die Proteine, die sich im Inneren der beiden Lebewesen befinden, sind aber die gleichen. Folglich können die Ergebnisse durchaus auch auf den menschlichen Organismus übertragen werden. So schützt der Selbstmord der Zellen zwar vor einer Krebserkrankung, führt aber dabei zur sichtbaren Alterung der Zellen, wie die Forscher weiter schlussfolgerten. Das Protein UFD-2 ist dabei eine Art Regulator, wie Thorsten Hoppe, ein weiterer Hauptautor der Studie, herausfand.

Die Forscher erhoffen sich nun neue Ansätze für mögliche Tumortherapien. „Das Wissen aus dieser Studie bietet neue Perspektiven, wie man Krebs pharmazeutisch bekämpfen kann. Es könnte möglich sein, den ausgewogenen Prozess von Proteinabbau und Apoptose zu manipulieren und damit die Entfernung von Tumorzellen effektiver zu machen“, fasste Hoppe diesen wissenschaftlichen Ansatz zusammen.

Die Original-Veröffentlichung erschien am 26. September in Nature Structural & Molecular Biology. Der komplette Titel lautet: Leena Ackermann, Michael Schell, Wojciech Pokrzywa, Éva Kevei, Anton Gartner, Björn Schumacher und Thorsten Hoppe: E4 ligase–specific ubiquitination hubs coordinate DNA double-strand-break repair and apoptosis. DOI: 10.1038/nsmb.3296.

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