Chaperone und ihre zentrale Rolle im Zellstoffwechsel
Die dreidimensionale Struktur von Proteinen ist entscheidend für ihre Funktion. Ein fehlerhaft gefaltetes Protein kann seine Aufgabe nicht erfüllen und dies kann schwerwiegende gesundheitliche Konsequenzen mit sich bringen. Proteine werden als lange Ketten von Aminosäuren synthetisiert und benötigen Hilfe, um ihre korrekte dreidimensionale Konfiguration zu finden. Diese Aufgabe übernehmen spezialisierte Helferproteine, die Chaperone genannt werden.
Im Zentrum der Proteinfaltung steht das endoplasmatische Retikulum (ER), eine Struktur innerhalb der Zelle, die als Hauptstätte für die Synthese und Faltung von Proteinen dient. Innerhalb des ER existiert eine hohe Konzentration von Chaperonen, die sicherstellen, dass neu synthetisierte Proteine die korrekte Konformation einnehmen. Eine falsche Faltung kann zur Bildung von unbrauchbaren oder toxischen Proteinaggregaten führen.
Forschungen an der Universität Basel haben die Entdeckung neuer, spezieller Zelleinheiten zur Proteinfaltung hervorgebracht, die als Kondensate bezeichnet werden. Diese tröpfchenartigen Strukturen sind aus Chaperonen wie PDIA6 aufgebaut und formen sich spontan im ER. Dabei dienen sie als "Faltungsfabriken", in denen die Chaperone optimal organisiert sind. Durch die Erhöhung der lokalen Chaperonkonzentration in diesen Kondensaten wird die Effizienz und Präzision der Proteinfaltung stark verbessert.
Eine der großen Herausforderungen bei der biologischen Forschung ist das Verständnis, wie Mutationen in Chaperonen wie PDIA6 zu Krankheiten führen können. Mutationen können die Bildung dieser Kondensate stören, was die Effizienz der Proteinfaltung beeinträchtigt. Wenn Proteine nicht korrekt gefaltet werden, kann dies zur Anhäufung von schädlichen Aggregaten führen, die Zellstress verursachen und in zahlreichen Erkrankungen münden, darunter Diabetes, neurodegenerative Erkrankungen und bestimmte Krebserkrankungen.
Insbesondere bei der Herstellung des Hormons Insulin kommt den Kondensaten eine Schlüsselrolle zu. Insulinreguliert den Blutzuckerspiegel im Körper, und seine Vorstufe Pro-Insulin kann nur innerhalb der Kondensate korrekt gefaltet werden. Ein Defekt in der Kondensatbildung aufgrund von PDIA6-Mutationen führt dazu, dass weniger Insulin produziert und ausgeschüttet wird, was direkt zu einer gestörten Blutzuckerregulation und Diabetes führen kann.
Die Wissenschaftler betonen die fundamentale Bedeutung dieser Entdeckungen für das Verständnis der Zellbiologie und der Pathogenese. Kondensate als Organisationseinheiten des ER sind nicht nur fürs Überleben der Zelle essenziell, sondern tragen auch zur Gesamtgesundheit des Organismus bei. Das Wissen über diese selbstorganisierenden Strukturen könnte neue therapeutische Ansätze für Krankheiten eröffnen, die mit Fehlfaltung von Proteinen assoziiert sind.
