05.03.2008 (atn)
Lebewesen mit echtem Zellkern können wichtige Aufgaben der Mitochondrien auch dann erfüllen, wenn diese Zell-Organellen im Laufe der Evolution durch eine stark vereinfachte Version ersetzt worden sind. Das haben Wissenschaftler um den Zellbiologen Prof. Dr. Roland Lill herausgefunden, wie die Philipps-Universität am Dienstag (4. März) mitgeteilt hat.
Die Forscher konnten die einzig bekannte Funktion der sogenannten "Mitosomen" nachweisen. Sie sind für
die Herstellung von Eisen-Schwefel-Proteinenverantwortlich.
Unter anderem werden sie für die Synthese und Reparatur der Erbsubstanz DNA sowie zur Bio-Synthese von Proteinen benötigt.
Kernhaltige Zellen von Menschen, Tieren, Pflanzen und anderen sogenannten "Eukaryota" besitzen in der Regel Mitochondrien. In ihnen wird Energie aus Nährstoffen in eine verwertbare Form umgewandelt. Dabei entsteht Adenosin-Tri-Phosphat (ATP). Die Mitosomen haben bei ihrer Entstehung aus den Mitochondrien deren Doppelmembran-struktur beibehalten, aber zentrale Funktionen wie die Häm- und ATP-Synthese verloren.
Aus diesen Befunden ergab sich die Frage, welche Aufgabe die Mitosomen in den Zellen erfüllen.
Sie besitzen eine Reihe von Genen für Proteine, die zur Bio-Synthese von Eisen-Schwefel (Fe/S)-Clustern erforderlich sind. Diese Synthese findet normalerweise in den Mitochondrien statt.
Lill und seine Kollegen sind der Frage nachgegangen, ob die Mitosomen noch immer die Funktion der Mitochondrien bei der Synthese von Fe/S-Clustern ausüben können. Die Ergebnisse sind in der Online-Ausgabe des Fachmagazins "Nature" am Montag (3. März) erschienen.
Die Wissenschaftler untersuchten Schlüssel-Proteine für die Bio-Synthese von Fe/S-Clustern an zwei Vertretern der Mikrosporidia. Dabei handelte es sich um Encephalitozoon cuniculi und Trachipleistophora hominis. Dazu unternahmen die Marburger Forscher Experimente mit Hefezellen, bei denen die entsprechenden Proteine inaktiviert worden waren.
Die Forscher schleusten in solche Zellen die aktiven Mikrosporidia-Gegenstücke der inaktivierten Hefe-Proteine ein. Das Ergebnis ist, dass einige der von außen eingeführten Komponenten die Funktion der Hefe-eigenen Moleküle zu ersetzen vermochten, so dass die zuvor entstandenen Defekte repariert wurden.
In weiteren Untersuchungen überprüften die Wissenschaftler, ob bei den Mikrosporidia die Bio-Syntheseproteine für Fe/S-Cluster tatsächlich in den Mitosomen lokalisiert sind. Die Analysen erforderten aufwändige Immunfluoreszenz-Techniken, um die Proteine innerhalb der Parasiten sichtbar zu machen, die ihrerseits in Wirtszellen leben.
Die Marburger Forscher ziehen aus ihren Resultaten den Schluss, dass die Proteine in den Mitosomen vergleichbare Aufgaben erfüllen wie in den Mitochondrien von Hefe, menschlichen Zellen oder anderen Eukaryota. Offensichtlich handelt es sich dabei um eine unverzichtbare Synthese-Leistung, ohne die kein Leben möglich ist.
Zugleich werfen die Ergebnisse von Lill und seinen Kollegen neue Fragen auf. Bei einer der beiden Mikrosporidia-Arten befindet sich ein Teil der untersuchten Proteine innerhalb der Mitosomen, ein anderer Teil jedoch im Cytosol. Die Bio-Synthese der Eisen-Schwefel-Cluster in Hefzellen erfordert jedoch eine enge Kooperation der beteiligten Bestandteile. Wie können die räumlich getrennten Komponenten bei den Mikrosporidia dann aber ihre Funktion für die Bio-Synthese von Fe/S-Clustern erfüllen? Das müssen weitere Untersuchungen zeigen.
pm: Philipps-Universität Marburg
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