Kleine Proteine ​​spielen eine große Rolle im zellulären Energiegleichgewicht

Wissenschaftler der Duke-NUS Medical School haben neue molekulare Details darüber entdeckt, wie Zellen dafür sorgen, dass ihre Energieversorgung an den Energiebedarf angepasst wird. Ihre Studie, die in Zusammenarbeit mit Forschern der University of Melbourne in Australien und der Duke University in Durham, North Carolina, USA, durchgeführt wurde, unterstreicht die entscheidende Rolle, die Mikroproteine ​​beim Zusammenbau größerer Proteinkomplexe in energieerzeugenden Zellkomponenten, den sogenannten Mitochondrien, spielen. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Zellberichte.

Probleme mit Mitochondrien liegen einer Vielzahl von Krankheiten zugrunde, darunter häufige Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, Fettleibigkeit, Diabetes und Krebs.

„Unser langfristiges Ziel ist es, zu lernen, wie man die Mikroproteine ​​manipuliert, die wir untersuchen, um die mitochondriale Dysfunktion bei Patienten zu bekämpfen“, sagte die leitende Autorin, Assistenzprofessorin Lena Ho, vom Programm für kardiovaskuläre und metabolische Störungen (CVMD) von Duke-NUS. „Die unmittelbare Bedeutung der Forschung besteht darin, neue Details darüber aufzudecken, wie Mitochondrien in allen Zellen funktionieren und erhalten bleiben. Die Arbeit könnte diesem zentralen Aspekt der Zellbiologie ein wichtiges neues Verständnis hinzufügen.“

Mitochondrien sind von einer Doppelmembran umgeben. Die innere der beiden Membranen beherbergt eine Reihe von Proteinen, die Elektronen entlang der sogenannten Elektronentransportkette übertragen. Dieser Elektronentransport ist ein entscheidender Teil der Prozesse, die Nährstoffen chemische Energie entziehen und sie schließlich in energiereichen Molekülen von Adenosintriphosphat (ATP) speichern.

Die neue Erkenntnis des Duke-NUS-Teams zeigt, dass kleine Mikroproteine ​​(auch Peptide genannt) eine bisher unerkannte Rolle bei der Bildung der Elektronentransportkette spielen. Insbesondere scheinen sie zusammenzuarbeiten, um den Zusammenbau eines der zentralen Proteine ​​der Kette, Komplex III genannt, zu unterstützen und zu kontrollieren. Diese Rolle ermöglicht es den Mikroproteinen, sich an der Regulierung des Niveaus der Proteine ​​der Elektronentransportkette und damit der Energieversorgung als Reaktion auf Änderungen des Energiebedarfs zu beteiligen.

„Mikroproteine ​​haben Biologen aus verschiedenen Bereichen schon lange fasziniert, aber auch verwirrt“, sagte Liang Chao, Mit-Erstautor der Studie, der promoviert ist. Kandidat bei Duke-NUS. „Unsere Studie liefert ein Beispiel dafür, was sie können und wie sie an der Steuerung des Energiestoffwechsels auf der tiefsten Ebene molekularer Details beteiligt sind.“

„Mitochondrien sind die Batterien und Fabriken unserer Zellen, die nicht nur Energie produzieren, sondern auch viele der Bausteine, die Zellen benötigen, um sich zu vermehren und am Leben zu erhalten“, sagte Dr. Shan Zhang, ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter im Endogenous Peptides Lab von Asst Prof. Ho. im Rahmen des CVMD-Programms von Duke-NUS und jetzt Assistenzprofessor an der Zhejiang University, China. „Wir sehen deutlich, dass die Modulation der Spiegel dieser Mikroproteine ​​zu einer mitochondrialen Dysfunktion führen oder davor schützen kann, was ein Merkmal ist, das fast allen Arten von Volkskrankheiten zugrunde liegt.“

Das Team plant nun, von diesen ersten Erkenntnissen auf zellulärer Ebene auszugehen, um die Rolle und Bedeutung der Mikroproteine ​​in präklinischen Modellen und letztendlich beim Menschen umfassender zu untersuchen.

„Diese nächsten Phasen werden uns hoffentlich dazu führen, zu lernen, wie man die Mikroproteinaktivität gezielt zur Behandlung von mitochondrialen Erkrankungen einsetzen kann“, schloss Asst Prof. Ho.

„Innovationen im Gesundheitswesen und in der Krankheitsprävention profitieren von Wissensfortschritten, die durch wissenschaftliche Grundlagenforschung ermöglicht werden, wie diese Studie von Assistenzprofessorin Ho und ihrem Team“, sagte Professor Patrick Casey, Senior Vice-Dean für Forschung an der Duke-NUS. „Ich freue mich darauf zu sehen, wohin uns die Forschung als nächstes führt.“