Auch Proteine netzwerken fleißig

23. März 2013, 17:48
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Neue Wechselwirkungen zwischen bestehenden Eiweißstoffen ergeben sich nur sehr selten, eher werden Proteine vervielfältigt

Wien - Proteine sind systemweit miteinander vernetzt, damit sie ihre für Zellen und Organismen oft lebenswichtigen Funktionen erfüllen können: etwa die richtigen Gene zur richtigen Zeit ablesen, den Stoffwechsel aufrechterhalten und sich mit anderen Zellen verständigen. Wie sich solche komplexen Wechselwirkungen ausbilden konnten, untersuchten Forscher der Universität Wien und der City University New York in einem aufwendigen Computerexperiment. Sie rekonstruierten dafür die Netzwerke längst ausgestorbener Vorläufer-Arten aus den Proteinnetzwerken und Genomen heute lebender Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen.

Die Rekonstruktionen hätten ergeben, dass sich die heutigen Netzwerke fast vollständig durch folgenden Mechanismus erklären lassen: Es kommt in der Evolution öfter vor, dass das Erbgut eines Proteins verdoppelt wird, so die Forscher. Zunächst wechselwirken Original und Kopie mit denselben Partnern, aber wenn sie sich früher oder später ändern, können ihre "Bekanntenkreise" auseinander driften. "Somit würden Interaktionen im Netzwerk nicht neu geschaffen, sondern durch Vervielfältigung und Veränderung aus einfacheren Vorläufern entstehen", schreiben sie. Neue Wechselwirkungen zwischen bestehenden Proteinen gäbe es hingegen extrem selten, schreiben die Wissenschafter in der aktuellen Ausgabe von "PLoS ONE".

Die frisch kopierten Protein-Zwillinge können sich etwa die Arbeit aufteilen. "Dieser Weg ist die 'Subfunktionalisierung', die zum Beispiel bei Enzymen in Pflanzen sehr verbreitet ist", erklärte Thomas Rattei vom Department für Computational Systems Biology der Uni Wien. Dabei wären aus wenigen "Ur-Enzymen", die ziemliche Alleskönner waren, Enzyme mit speziellen Aufgaben entstanden, wie es sie in heutigen Pflanzen gibt.

Protein erhält neue Funktion

"Es gibt jedoch auch den Prozess der 'Neo-Funktionalisierung', bei dem nach der Verdopplung ein Gen unverändert erhalten bleibt und sich ein anderes zu einer neuen Funktion weiterentwickeln kann", so Rattei. Schließlich könne auch eine Kopie unnütz sein und wieder verschwinden ("Non-Funktionalisierung"). "Letztlich entscheidet immer die Selektion, also der jeweilige Vorteil für eine Art, welcher der drei Prozesse bei einer bestimmten Duplikation eintritt", erklärte er.

Ganz selten wurden sogar komplette Genome dupliziert, zum Beispiel in der Evolution der Pilze und Pflanzen, so Rattei. Die Ergebnisse der Studie hätten nicht nur für die Evolutionsforschung Bedeutung, sondern unterstützen auch die Interpretation von Daten aus Genomsequenzen, so die Uni. (APA/red, derStandard.at, 23.03.2013)

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