Gib dem Eiweiß Zucker

24. April 2004, 10:00
posten

Wiener Forscher untersuchen die Glykosilierung von Proteinen

Congenital Disorder of Glycosylation (CDG) nennt man eine Gruppe erblicher Defekte, deren Ursache in der Herstellung bestimmter Eiweiße liegt: Unter den verschiedenen Proteinen, die jede Körperzelle herstellt, enthalten etwa ein Drittel Zuckeranteile - die Glykoproteine. Sie spielen bei Wachstum, Zelldifferenzierung, Organentwicklung, Signalübertragung, Abwehr, Entzündungen oder Krebsentstehung eine Rolle. Die Zelle bildet sie, indem sie an ein Eiweißmolekül zusätzlich ein Zuckermolekül anhängt (Glykosilierung). Bei CDG-Patienten ist jeweils einer der zahlreichen Schritte, die die Zuckeranheftung steuern, defekt.

Betroffene sind häufig geistig und in ihrer körperlichen Beweglichkeit eingeschränkt. Rund ein Fünftel der Erkrankten stirbt in den ersten zwei Lebensjahren an Leber- oder Nierenversagen, Herzmuskelschwäche oder Infekten. Weshalb die Glykosilierung nicht funktioniert, ist noch weitgehend ein Rätsel. Nicht nur bei diesen Patienten, sondern generell weiß man zu wenige über den Mechanismus, der überhaupt zur "Verzuckerung" der Eiweiße führt. Wiener Forschungen geben nun ein paar Antworten.

Ein Team um Paul Messner von der Wiener Uni für Bodenkultur erforscht mit Unterstützung des Wissenschaftsfonds den Mechanismus der Glykosilierung bei Bakterien. Spezialisiert haben sich die Forscher auf so genannte S-Schicht-Proteine, die einen Mantel um die Zellmembran des Bakteriums bilden. "Durch die Glykosilierung kann die biologische Funktion der Proteine für den Organismus verändert werden", erklärt Messner. Die für die Glykosilierung notwendige Maschinerie haben die Wissenschafter bei drei unter erhöhten Temperaturen lebenden bakteriellen Organismen auf der Ebene der Gene identifiziert. Diese drei Stämme gehören zur Gruppe der "Gram-positiven Bakterien", die sich von den "Gram-negativen" im Aufbau der Zellwand unterscheiden. Je nach untersuchtem Bakterienstamm wurden 15 bis 30 Gene gefunden, die in einem Cluster angeordnet sind. Das bedeutet, sie liegen auf dem Genom direkt hintereinander.

Erstaunlicherweise sind die Gene im Cluster jedoch nicht streng nach ihrer Funktion geordnet, wie es von anderen Clustern bekannt ist. Diese "natürliche Unordnung" ist möglicherweise auf eine in der Evolution nacheinander erfolgte Übertragung der Gene im Cluster von Gram-negativen auf Gram-positive Bakterien zurückzuführen. "Die Gram-positiven Bakterien haben diese vermutlich nachträglich aufgenommenen Gene vorteilhaft in ihrem natürlichen Lebensraum nützen können. Dafür spricht auch die Beobachtung, dass die Bakterien die Glykosilierungsfunktion in erster Linie unter ungünstigen Umweltbedingungen einsetzen", erklärt Messner: Widrige Lebensbedingungen können Auswirkungen auf die Anordnung wichtiger Bakteriengene haben, die durch das Anhängen von Zuckern Proteine so verändern, dass diese einen Schutzmantel aufbauen.

Nun soll die Funktion der fürs Anknüpfen der Zuckerreste zuständigen Gene näher charakterisiert werden: "Dazu schreiben wir die einzelnen Gene in ihre Proteine um und analysieren deren Funktion im Detail. Das so gewonnene Verständnis erlaubt uns, ihr komplexes Zusammenspiel während der Glykosilierung besser zu verstehen." Die Kenntnis dieses Zusammenspiels soll zur intelligenten Nutzung der Glykosilierung führen - für ihre Anwendungsmöglichkeiten in Biotechnologie und Medizin. Durch gezielte Modifikation der Gensequenzen etwa, durch das "Carbohydrate Engineering" könnten in Zukunft Bakterien Proteine mit maßgeschneiderten Zuckern erzeugen.(DER STANDARD, Print-Ausgabe, 24./25. 4. 2004)

Share if you care.