Wie eine Zelle auf Umweltreize reagiert

Forscher entdecken neuen Typ der Signalübertragung von der Membran in den Zellkern

02.06.2014 - Deutschland

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Universität Göttingen hat einen neuen zellulären Signalübertragungsweg entdeckt. Umweltsignale werden häufig an der Zellmembran wahrgenommen und in den Zellkern übertragen. Als Reaktion kann die Zelle die Expression ihrer Gene und damit ihr Erscheinungsbild ändern und so auf eine veränderte Umwelt reagieren. An vielen dieser Signalübertragungen sind Kinasen als Enzyme beteiligt. Dies führt dazu, dass ein Phosphorylierungssignal im Zellkern ankommt. Solche Phosphorylierungen können zum Beispiel die Eigenschaften von Transkriptionsfaktoren zur Kontrolle der Genexpression ändern. Bei dem neu gefundenen Signaltransduktionsweg werden Methyltransferasen als Enzyme von der Membran in den Zellkern transportiert. Dies führt zu einem Methylierungssignal an DNA-bindenden Proteinen und dadurch zur veränderten Genexpression. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Developmental Cell erschienen.

Der von Wissenschaftlern am Institut für Mikrobiologie und Genetik des Göttinger Zentrums für Molekulare Biowissenschaften unter der Leitung von Prof. Dr. Gerhard Braus neu entdeckte Signalübertragungsweg umfasst einen dreiteiligen Molekülkomplex an der Membran und einen zweiteiligen Komplex im Zellkern. Der dreiteilige Komplex besteht aus zwei Methyltransferasen, die durch ein Membranprotein an der Außenbegrenzung der Zelle festgehalten werden. Ohne die Bindung an das Membranprotein werden die beiden Methyltransferasen als zweiteiliger Komplex in den Zellkern transportiert. Der untersuchte Pilz, Gießkannenschimmel Aspergillus, kann so zwei unterschiedliche Entwicklungsprogramme verstärken. „Mit dem dreiteiligen Komplex an der Membran entwickelt der Pilz in erster Linie sexuelle Fruchtkörper im dunklen Boden als Überwinterungsorgane. Der zweiteilige Komplex im Zellkern führt dazu, dass als Entwicklungsprogramm im Licht mehr Sporen gebildet werden, die in die Luft entlassen werden“, erklärt Prof. Braus.

Unklar ist allerdings noch, wie im Dunkeln der dreiteilige Proteinkomplex an der Membran gehalten wird und über welchen Mechanismus im Licht die Enzyme für die Methylierung als zweiteiliger Komplex von der Membran gelöst werden. Nur wenn die beiden Enzyme nicht mehr an der Zellmembran festgehalten werden, können sie in den Zellkern wandern. Dann wird über die veränderte Methylierung im Zellkern als Signal die Genexpression verändert und es entstehen mehr Sporen in der Luft. „Aspergillus-Sporen werden von uns regelmäßig eingeatmet und können – insbesondere bei einem geschwächten Immunsystem – ein beträchtliches Gesundheitsrisiko darstellen“, so Prof. Braus.