Laborjournal 2018-05

| 5/2018 28 Journal Club Kommunikation ist überlebenswichtig! Nicht nur inmodernen, hochkomplexenGesellschaf- ten, sondern auch zwischen verschiedenen Proteinen einer Zelle. Egal, ob es um Gen- regulation, Signaltransduktion, Stoffwechsel- prozesse oder die Dynamik des Zellskeletts geht – immer sind es Proteine, die miteinan- der wechselwirken und oft durch einen di- rekten, physikalischen Kontakt Informationen austauschen. Dabei binden sie einander nach dem Prinzip der Komplementarität: Jeder Interaktionspartner besitzt eine Struktur, die genau zu seinem Gegenstück passt – wie ein Schlüssel zu seinem Schloss. Domänen, die miteinander interagieren, zeichnen sich durch eine bestimmte Struktur aus, die in der Aminosäureabfolge festgelegt ist. Zwischen oberflächennahen Aminosäureresten kommt es dann zu nicht-kovalenten Wechselwir- kungen durch Van-der-Waals-Kräfte, Was- serstoffbrückenbindungen, elektrostatische Wechselwirkungen und hydrophobe Effek- te. Daneben gibt es Proteine, die imphysiolo- gischen Zustandweitgehend ungeordnet vor- liegen und trotzdem in der Lage sind, gezielte Protein-Protein-Wechselwirkungen einzuge- hen. Für diese Proteine interessiert sich Ben Schuler von der Universität Zürich.„Wir unter- suchen seit geraumer Zeit solche unstruktu- rierten Proteine [‚ intrinsically disordered pro- teins ‘, IDPs] und ihre Eigenschaften“, erläutert der Biochemiker.„Es ist inzwischen klar, dass ein überraschend großer Anteil von etwa drei- ßig Prozent der Proteine von Eukaryonten un- ter physiologischen Bedingungen unstruktu- riert vorliegt oder große unstrukturierte Be- reiche enthält.“ Bindung ohne Sekundärstruktur Wie solche Proteine ohne eine Sekundär- struktur Bindungen eingehen können, zeig- ten die Schweizer zusammen mit dänischen und US-amerikanischenWissenschaftlern an- hand eines ausgewählten Proteinpaars ( Nature 555: 61). Damit deckten sie einen Interaktions- mechanismus auf, der möglicherweise viel weiter verbreitet ist als gedacht. Bei den beiden Interaktionspartnern han- delt es sich um das Linker-Histon H1 und das kernlokalisierte Prothymosin-α. H1 sitzt auf der DNA zwischen den Nukleosomen, der Einheit von DNA und Histon-Oktamer, und reguliert den Kondensationszustand des Erbguts, und damit auch die Genexpression. Wie alle His- tone besitzt es einen strukturierten, globulä- ren Kern und flexible, ungeordnete Arme, die stark positiv geladen sind. Mit diesen bindet es über elektrostatische Anziehungskräfte an die negativ geladene DNA. Prothymosin-α ist ebenfalls unstrukturiert und stark negativ ge- laden. Als Linker-Histon-Chaperon interagiert es mit H1 und erhöht dessen Beweglichkeit auf dem Chromatin, wodurch die Genexpres- sion beeinflusst wird.„Prothymosin-α war ei- ner unserer ersten Kandidaten für ein IDP, da es ein Paradebeispiel für ein sehr stark gela- denes und vollkommen unstrukturiertes Pro- tein ist“, so Schuler. „Um seine funktionellen Eigenschaften besser zu verstehen, haben wir vor einigen Jahren begonnen, nach bekann- ten Bindungspartnern zu suchen und sind da- bei auf H1 gestoßen. NachdemH1 auch weit- gehend unstrukturiert ist, hat sich die Frage gestellt, wie die beiden aneinander binden.“ Mit seinem Team untersuchte der Bio- chemiker den Proteinkomplex mit Hilfe von Einzelmolekül-Fluoreszenz sowie Kernreso- nanz-Spektroskopie und zeigte damit, dass beide Interaktionspartner auch während der Wechselwirkung ungeordnet bleiben. „Auf- grund der enormen Ladung beider Proteine hätte es mich sehr gewundert, wenn sie ei- nen klassischen, strukturierten Komplex bil- den. Dass sich der Komplex als dermaßen un- strukturiert herausgestellt hat, hat mich aber überrascht“, so Schuler. Über eine Einzelmole- kül-FRET-Analyse (FRET = Förster-Resonanze- nergietransfer), bei der eine Energieübertra- gung zwischen einemDonor- und einem Ak- zeptorfarbstoff stattfindet, wenn sich zwei Pro- teine annähern, konnten die Forscher außer- demnachweisen, dass die Interaktionspartner trotz ihrer ungeordneten Struktur eine aus- gesprochen enge Verbindung eingehen. Das scheint insofern sinnvoll, als Prothymosin-α in der Lage sein muss, die starke Bindung von H1 an Chromatin aufzuheben. Wie aber interagieren die Proteine, wenn sie keine spezifischen Interaktionsflächen be- sitzen? Bei geladenen Proteinen scheinen elek- trostatischeWechselwirkungen möglich, und tatsächlich sinkt die Affinität stark, wenn die Ionenstärke des Mediums erhöht wird.„Es gibt Tanzende Bindungspartner ZÜRICH: Proteine interagieren in der Regel über Bindemotive mit spezifischer Struktur, die ineinander passen wie Schlüssel und Schloss. Proteine ohne ausgeprägte Sekundärstruktur haben einen anderen Weg der gegenseitigen Anziehung gefunden. Ben Schuler untersucht mit seiner Gruppe an der Universität Zürich, wie ungeordnete Proteine miteinander interagieren. Foto: Ben Schuler

RkJQdWJsaXNoZXIy Nzk1Nzg=