Bewegliches Protein: Das Hitzeschockprotein Hsp90 schlägt eine Brücke zwischen Umwelteinflüssen und Zellgedächtnis. (Bild: David Goodsell) <a rel="lightbox[gallery]" href="
ETH-Forscher weisen nach, dass ein Protein im Zellkern als eine Art Sensor auf Umweltreize reagiert, Gene entsprechend reguliert und darüber mit dem Zellgedächtnis Informationen austauscht. Der Clou: Krebsmedikamente, die aktuell getestet werden, hemmen genau dieses Protein - dank der neuen Erkenntnisse vielleicht schon bald spezifischer.
Wird uns zu heiss, reagiert unser Körper: Er erhöht die Durchblutung der Haut, damit mehr Wärme nach aussen transportiert und abgegeben werden kann. Er schwitzt, um uns durch die Verdunstungskälte zu kühlen. Doch auch im Körperinnern startet eine Art SOS-Programm: In den Zellen werden unter anderem sehr schnell sehr viele Hitzeschockproteine gebildet. Diese helfen als sogenannte Chaperone anderen Proteinen, ihre dreidimensionale Form zu behalten. Das ist wichtig, denn nur ein Protein, das richtig «gefaltet» ist, wie das in der Fachsprache heisst, kann in der Zelle auch richtig arbeiten. Ohne die Hilfe der Chaperone würden viele Proteine bei erhöhten Temperaturen verklumpen und unbrauchbar werden.
Beteiligung an der Genregulation
Eines dieser Chaperone ist das Hitzeschockprotein 90, abgekürzt Hsp90. Hsp90 ist überaus vielseitig und hat, neben seiner Chaperon-Funktion, noch weitere bekannte lebenswichtige Funktionen in den Zellen der meisten Lebewesen. Bisher sind allerdings vor allem seine Funktionen im Zytoplasma, also ausserhalb des Zellkerns erforscht worden.
Nun konnten Forscher der Epigenetik-Gruppe von Renato Paro, Professor für Biosysteme am Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE), nachweisen, dass Hsp90 auch im Zellkern - der Schaltzentrale der Zelle, wo die Erbsubstanz aufbewahrt und abgelesen wird - eine wichtige Rolle spielt.
Überraschenderweise beteiligt sich Hsp90 dort direkt an der Genregulation. Das heisst, es bestimmt mit, welche Gene abgelesen und in Proteine übersetzt werden sollen und welche nicht. Und das besonders bei Stresssituationen wie eben dann, wenn die Temperaturen über den Komfortbereich steigen.
Eine Antenne für Umwelteinflüsse
Paros Team konnte mit Hilfe von modernsten Hochdurchsatz-Sequenziergeräten und dank der interdisziplinären Zusammenarbeit von Biologen und Biostatistikern am Modell der Fruchtfliege und an menschlichen Zellen zeigen, dass Hsp90 auf einer Art Maschinerie im Anfangsbereich vor vielen Genen sitzt. Diese wartet dort auf ein Zeichen von aussen, um auf ein Startsignal hin sofort loszulegen und das Gen abzulesen, damit es anschliessend schnellstmöglich in Proteine übersetzt werden kann.
Hsp90 funktioniert dabei wie ein Sensor, der das Signal aus der Umwelt aufnimmt und das Startzeichen gibt. Wird es also zu warm, «merkt» dies Hsp90. Es löst sich von der Maschinerie ab, die es bis dahin im Zaum gehalten hat, und setzt sie damit in Gang. Die Folge: Proteine, welche die Zelle bei einem Hitzestress braucht, werden vermehrt gebildet. Und zwar sehr schnell und sehr viele, darunter Hsp90 selbst.
Der Link zum Zellgedächtnis
Bisher gingen Forscher davon aus, dass Zellen nach überstandenem Stress auf Normalbetrieb zurückschalten und weiterfunktionieren als sei nichts gewesen. Doch Epigenetiker wissen, dass auch Zellen ein Gedächtnis haben. Und, so Paro: «Dieses Zellgedächtnis muss mit Umwelteinflüssen gekoppelt sein». Nur so kann sich ein Lebewesen ein Stück weit an seine Umwelt anpassen.
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