Wie schaffen es Zellen, mit oxidativem Stress umzugehen? Ein Protein namens Get3 springt in die Bresche, wenn die eigentlichen körpereigenen Rettungskräfte durch radikalen Sauerstoff außer Gefecht gesetzt wurden und leistet so Erste Hilfe.
Get3 hat normalerweise eine andere Aufgabe in der Zelle. Wird es jedoch von reaktivem Sauerstoff angegriffen, verwandelt es sich selbst in einen Protein-Retter und lässt dafür seine ursprüngliche Aufgabe liegen. Die Forschungsergebnisse wurden im Oktober in der Fachzeitschrift „Molecular Cell“ veröffentlicht.
Proteine funktionieren nur, wenn sie sich in eine komplexe dreidimensionale Form gefaltet haben. Unter Umständen verlieren Proteine diese wichtige Faltung jedoch und damit ihre Arbeitsfähigkeit. Dies passiert zum Beispiel, wenn es zu warm wird. Auch Sauerstoffradikale können Proteine aus der Form bringen. Kleine chemische Veränderungen durch die Radikale führen dazu, dass die Proteine ihre Faltung selbst nicht mehr aufrechterhalten können. Doch Zellen wissen sich zu schützen: Droht ein Protein aus der Form zu geraten, eilen die Chaperone als „Rettungs-Proteine“ hinzu. Sie halten das hilfsbedürftige Protein so fest, dass es seine Faltung nicht verlieren kann. Das funktioniert in den meisten Fällen sehr zuverlässig. Dieser zelluläre Rettungsdienst versagt allerdings, wenn radikaler Sauerstoff im Spiel ist. Denn Radikale berauben die Zellen auch ihrer wichtigsten Energieträger, der ATP-Moleküle. Ohne ATP fehlt den Chaperonen der Treibstoff für ihre energieintensive Arbeit – sie können die beschädigten Proteine nicht mehr am Entfalten hindern. Die Zelle hat trotzdem einen Notfallplan.
Für ihre Arbeit nutzten die Forscher aus Göttingen und Michigan Hefezellen. Auf die Spur von Get3 kamen die Wissenschaftler, als sie Hefezellen untersuchten, denen dieses Protein fehlt. „Zellen ohne Get3 haben einen bemerkenswerten Defekt“, sagt Blanche Schwappach, Mitglied der Forschergruppe. Diese Zellen reagieren besonders empfindlich auf oxidativen Stress.“ Bisher war keinerlei Verbindung zwischen der Aufgabe, die Get3 erfüllt, und den zellulären Schutzmechanismen gegen radikalen Sauerstoff bekannt. Normalerweise ist Get3 dafür zuständig, bestimmte Proteine in Membranen der Zelle zu verankern. Bei ihren Arbeiten stellten die Forscher jedoch fest, dass Get3 seine Faltung grundlegend ändert, wenn es Sauerstoff ausgesetzt ist. In diesem Zustand konnte Get3 auch andere Proteine davor retten, ihre Faltung zu verlieren – es arbeitete also als Chaperon. Mehr noch: Anders als der zelluläre Rettungsdienst leistet Get3 Erste Hilfe ohne ATP. Es kann also auch bei oxidativem Stress anderen Proteinen beistehen. Dafür arbeitet es im Team: Vier oder mehr Get3-Chaperone tun sich zusammen und kümmern sich um ein beschädigtes Protein. „Entscheidend ist, dass Get3 zwischen seinen beiden Faltungen und Funktionen hin- und herwechseln kann“, sagt Wilhelm Voth, der an der Universitätsmedizin Göttingen und der Universität Michigan forscht. „Seine Veränderung durch radikalen Sauerstoff ist also umkehrbar.“ Bei oxidativem Stress (unten) ändert Get3 seine Form, lagert sich mit drei anderen Get3-Proteinen zusammen und arbeitet als Chaperon, um Proteine zu schützen. © Grafik: Wilhelm Voth, UMG.
Die Proteinforscher haben damit entdeckt, dass Get3 zu einer besonders faszinierenden Gruppe von Proteinen gehört: Diese haben im Laufe der Evolution neben ihrer eigentlichen Funktion eine zweite Aufgabe übernommen, die von der ersten oft völlig verschieden ist. Je nach Bedarf können sie die eine oder andere Tätigkeit übernehmen. „Leiden die Zellen unter oxidativem Stress, verwandelt sich Get3 in ein ATP-unabhängiges Chaperon und hilft durch Sauerstoff geschädigten Proteinen. Ist der Stress überwunden, kehrt es wieder zu seiner ursprünglichen Tätigkeit zurück. Als Rettungsassistent arbeitet es sozusagen im Nebenjob“, sagt Blanche Schwappach. „Durch seine Verwandlungskunst befreit Get3 die Zelle so aus dem Dilemma, dass der radikale Sauerstoff ihr eigentliches Rettungssystem aushebelt.“ Orginalpublikation: The Protein Targeting Factor Get3 Func-tions as ATP-Independent Chaperone under Oxidative Stress Conditions Wilhelm Voth et al.; Molecular Cell, doi: 10.1016/j.molcel.2014.08.017; 2014
