Unsere Körperzellen haben einiges zu verdauen. Um Fettsäuren, freie Radikale und andere "Problemstoffe" kümmern sich spezielle Untereinheiten der Zelle, die Peroxisome. Komplexe Protein-Verbindungen passen die Peroxisome unterschiedlichen Bedingungen an. Wie dieser Steuerungs-Mechanismus funktioniert und ob er bei Menschen, Pflanzen und Pilzen auf denselben molekularen Mechanismen basiert, erforscht ein von Andreas Hartig koordiniertes Team am Department für Biochemie im Rahmen eines universitären Forschungsschwerpunktes. |
Was haben Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen gemeinsam? Ihre Zellen enthalten durch Membranen umschlossene Untereinheiten mit spezifischen Funktionen, so genannte Organellen. Um ihren Stoffwechsel an wechselnde Bedingungen anzupassen, kann die Zelle die Anzahl dieser Organellen verändern, sie umbauen oder bewegen. Diese Anpassung wird über Zusammenschlüsse verschiedener Proteine zu größeren Komplexen geregelt.
Das Forscherteam unter der Leitung von Ao. Univ.-Prof. Dr. Andreas Hartig, Dr. Cécile Brocard und Univ.-Doz. Mag. Dr. Friedrich Kragler konzentriert sich im Projekt "Molecular Recognition and the Evolution of the Peroxisomal Proliferation Machinery" im Rahmen eines universitären Forschungsschwerpunktes auf die Peroxisomen. Diese Organellen ermöglichen es den Zellen, Fettsäuren und freie Radikale abzubauen.
Welche Proteine sich wie mit welchen anderen verbinden, um Anzahl, Position und Ausbildung der Peroxisomen an andere Bedingungen (etwa die biochemischen Folgen einer üppigen Mahlzeit, atmosphärischer Ozonbelastung oder Umweltverschmutzung) anzupassen, ist der zentrale Forschungsgegenstand der BiochemikerInnen. Als Modellorganismen dienen dabei drei sehr unterschiedliche Lebewesen: menschliche Zellen, die Ackerschmalwand (eine Pflanze) und die Bäckerhefe.
Gemeinsamkeiten und Unterschiede
Die ForscherInnen interessiert besonders, ob die Peroxisom-steuernden Proteinverbindungen in den Zellen der unterschiedlichen Lebewesen anders, gleich oder ähnlich ausgebildet sind. Das erlaubt Rückschlüsse auf die Evolution dieses Steuerungsmechanismus. Um Ähnlichkeiten und Unterschiede zu überprüfen, wird zum einen der molekulare Aufbau der Verbindungen genau untersucht, andererseits auch biotechnologisch experimentiert: Wenn man etwa einen Protein-Zusammenschluss aus einer Pflanzenzelle mit einem aus einer Menschen- oder Hefezelle austauschen kann und die Zellen anschließend lebensfähig und gesund sind, ist das ein guter Hinweis darauf, dass der zugrunde liegende, gemeinsame Mechanismus evolutionär sehr alt ist.
Funktion der Proteinkomplexe
Neben dieser evolutionären Fragestellung geht es im Projekt auch um eine Klärung des Mechanismus, wie Zahl und Größe der Peroxisomen in einer Zelle gesteuert werden. Erbkrankheiten wie das Zellweger-Syndrom oder die Adrenoleukodystrophie sind auf Störungen dieses Mechanismus zurückzuführen. Das Team will herausfinden, wie sich die Proteinverbindungen der Peroxisomen unter veränderten Umweltbedingungen bzw. im Laufe des Lebens einer Zelle verhalten. "Wir schauen: Wo ist das Protein zu einem gegebenen Zeitpunkt? Was genau macht es dort?", erklärt Prof. Dr. Andreas Hartig.
Fluoreszenzmikroskopie
"Schauen" ist durchaus wörtlich gemeint. In der Biooptik-Einrichtung der Max Perutz Laboratories in der Dr.-Bohr-Gasse gibt es Fluoreszenz-Mikroskope, die es ermöglichen, die Proteine in der lebenden Zelle zu beobachten. Dazu werden mittels biotechnologischen Methoden Zellen gezüchtet, die das zu erforschende Protein in einer leicht abgewandelten, fluoreszierenden Form enthalten: Das leuchtende Protein und sein Verhalten lassen sich nun unter dem Mikroskop gut beobachten. "Vor allem letzteres ist bei Menschen- und Pflanzenzellen gut zu beobachten, bei den kleinen Hefezellen aber schwieriger", sagt Dr. Cécile Brocard.
Mit Modellorganismen jonglieren
Das Forschen an Hefe, Pflanze und menschlichen Zellen ist nicht nur der Schlüssel zur Beantwortung evolutionärer Gemeinsamkeiten oder Unterschiede dieser Lebensformen und zur Funktion des Peroxisom-Steuerungs-Mechanismus. Es bietet generell den Vorteil, dass Aspekte, die sich an einem Organismus nicht oder nur schwer beobachten lassen, an einem der anderen erforscht werden können. "Traditionell gibt es in den Biowissenschaften immer noch eine Aufteilung in Pflanzen-, Pilz- oder MenschenforscherInnen. Damit vergibt man sich viele Möglichkeiten und lässt mögliche Synergien ungenutzt", bedauert Cécile Brocard.
Genau aus diesem Grund sehen Hartig und Brocard auch einen großen didaktischen Nutzen im Projekt: Die im Projekt mitarbeitenden Studierenden lernen, je nach Fragestellung Pilz, Pflanze oder Mensch als Modellorganismus auszuwählen. Dadurch sollen überkommene innerdisziplinäre Grenzen aufgeweicht und neue Sichtweisen möglich werden. (hz)´
Das dreijährige Projekt "Molecular Recognition and the Evolution of the Peroxisomal Proliferation Machinery" begann im Oktober 2006 im Rahmen des universitären Forschungsschwerpunktes "Symbioseforschung und Molekulare Prinzipien der Erkennung" unter der Leitung von Ao. Univ.-Prof. Dr. Andreas Hartig, Dr. Cécile Brocard und Univ.-Doz. Mag. Dr. Friedrich Kragler. Die drei GruppenleiterInnen und ihre MitarbeiterInnen sind Teil des Departments für Biochemie der Universität Wien an den Max F. Perutz Laboratories, einem joint venture der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien.
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