Die Proteinsynthese in der Zelle ist ein zentraler Prozess des Lebens. Dabei wird der genetische Code des Genoms in die Aminosäuresequenz von Proteinen übersetzt. Der Prozess ist komplex – und wird seit Jahrzehnten eingehend untersucht.
Die Proteinbiosynthese wird von speziellen molekularen Maschinen, den Ribosomen, durchgeführt, die aus einer großen und einer kleinen Untereinheit bestehen. Am Ende der Proteinbiosynthese müssen diese Proteinfabriken in ihre Einzelteile zerlegt (recycelt) werden, damit sie für die nächste Übersetzungsrunde bereit sind.
Nun hat ein Team um Professor Roland Beckmann, Dr. Thomas Becker und Ivan Penchev vom Genzentrum München der LMU in Zusammenarbeit mit Forschern der Stanford University um Professor Ron Kopito gezeigt, wie das Recycling von Ribosomen am sogenannten Endoplasma erfolgt Funktionen des Retikulums (ER).
Dabei entdeckten sie die Rolle eines Enzyms, einer speziellen E3-Ligase, die eine kleine Proteinmodifikation namens UFM1 mit der großen ribosomalen Untereinheit verbindet, als Schlüsselmechanismus des Recyclings. Ein Bericht über ihre Untersuchungen wurde erstellt veröffentlicht In Natur.
Detaillierte Einblicke in das Recycling von Ribosomen
Ribosomen schweben normalerweise im Zytoplasma. „Hier wissen wir genau, wie das Recycling funktioniert“, sagt Becker. Manchmal handelt es sich jedoch im ER um ein durchgehendes zellweites Membrannetzwerk.
Obwohl viele Proteine ihren Ursprung im Zytosol haben, müssen sie anschließend zu anderen Organellen, wie Mitochondrien, Chloroplasten und vielen mehr, transportiert werden. Wird ein Protein an der ER-Membran synthetisiert, dockt die gesamte Translationsmaschinerie an der ER-Membran an. Dies geschieht mithilfe eines proteinleitenden Kanals (SEC61), der in der Lage ist, Proteine durch die Membran zu transportieren oder sie während der Synthese in die Membran einzuführen.
Nach Abschluss der Übersetzung erfolgt ein weiterer Recyclingschritt, der spezifisch für die ER-Membran ist. Die große Untereinheit des Ribosoms muss nämlich wieder vom proteinleitenden Kanal gelöst werden.
Beckmanns Team hat nun gezeigt, wie dieser Teilschritt funktioniert: Wenn die Übersetzung abgeschlossen ist, erkennt die E3-Ligase die große Untereinheit der Ribosomen. „Es platziert – bildlich gesprochen – einen kleinen Keil, das Protein UFM1, an der großen Untereinheit“, erklärt Becker.
„Dadurch entsteht ein stabiler Komplex aus der modifizierten 60S-Untereinheit und der E3-Ligase. Gleichzeitig löst es die Ablösung der großen Untereinheit von SEC61 aus. Dies ist ein sehr wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass die große Untereinheit in das Zytosol zurückgeführt wird und für die verfügbar ist.“ nächste Runde.“
Mehr Informationen:
Paul A. DaRosa et al., UFM1-E3-Ligase fördert das Recycling von 60S-ribosomalen Untereinheiten aus dem ER, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07073-0