Kollagen ist das Protein, das unseren Körper zusammenhält. Es wird im Inneren der Zellen produziert und muss von dort zu seinem Wirkungsort im Bindegewebe transportiert werden. Die Proteindomäne, die für die Erkennung von Kollagen verantwortlich ist, wurde bisher fälschlicherweise mit einer Unterform einer anderen verwechselt.
Dr. Oliver Arnolds und Professor Raphael Stoll von der Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum haben diesen Bereich erstmals charakterisiert und benannt. Sie berichteten in der Fachzeitschrift über die sogenannte MOTH-Domäne der TANGO1-Proteinfamilie Naturkommunikation am 20. April 2023.
Wie Kollagen an seinen Wirkungsort gelangt
Fast alle Organismen mit mehr als einer Zelle benötigen Kollagen, um ihren Körper zusammenzuhalten. Bei einigen Säugetieren macht es bis zu 30 % des Körpergewichts aus. Kollagen ist ein riesiges Protein, das im sogenannten endoplasmatischen Retikulum, einem Organell im Inneren von Zellen, produziert wird. Es muss dann aus der Organelle und aus der Zelle exportiert werden, da es im Zellzwischenraum des Bindegewebes benötigt wird.
Eine Proteinfamilie namens TANGO1 ist für die Identifizierung und den Transport des Kollagens verantwortlich. Diese Proteine bestehen aus mehr als 1.000 Aminosäuren und sind in der Tat sehr groß. TANGO1-Proteine breiten sich manchmal über verschiedene Zellorganellen und das Zytoplasma aus. Wenn das TANGO1-Protein ein reifendes Kollagen erkennt, unterstützt es die Bildung einer tunnelartigen Lipidverbindung, die das Kollagen von seinem Herstellungsort zu seinem Wirkungsort transportiert.
Eine ausgeprägte Struktur
Um diese Mechanismen auszuführen, verfügt TANGO1 über eine spezifische Domäne, also einen Funktionsbereich mit einer definierten 3D-Struktur. „Bisher gingen wir davon aus, dass diese Domäne der sogenannten SH3-Struktur ähnelt und betrachteten sie als Unterstruktur“, sagt Raphael Stoll.
In der aktuellen Studie zeigten er und Oliver Arnolds jedoch mittels NMR-Spektroskopie, dass es strukturelle Unterschiede zwischen der Kollagen-Erkennungsdomäne von TANGO1 und der kanonischen SH3-Domäne gibt. Diese Unterschiede sind biochemisch so bedeutsam, dass sie es rechtfertigen, diese TANGO1-Domäne als separate Struktur zu bezeichnen. Daher nannten sie diese Kollagen-erkennende Domäne MOTH. „Der Name ist ein Akronym für die insgesamt vier Proteine, die genau diese Struktur annehmen: MIA, Otoraplin, TALI/TANGO1-Homologie“, erklärt Raphael Stoll.
Die Entdeckung der MOTH-Domäne liefert Einblicke in die Evolution, da sowohl Wirbeltiere als auch Wirbellose wie Insekten Kollagen benötigen. „Die MOTH-Domäne ist evolutionär gesehen sehr alt, etwa mehrere hundert Millionen Jahre“, betont Raphael Stoll.
Als sich die Wirbellosen jedoch von den Wirbeltieren trennten, veränderte sich die Domäne im Laufe der Evolution. „Wir gehen davon aus, dass dieser Prozess mit der Entwicklung mehrerer verschiedener Kollagene zusammenfiel. Während Insekten nur ein Kollagen haben, wurden beim Menschen 28 verschiedene Variationen davon gefunden. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, unser Verständnis des Kollagenexportprozesses zu verbessern und könnten sich als nützlich erweisen.“ zukünftige Medikamentenentwicklungen gegen Fibrose“, schließt Stoll.
Mehr Informationen:
Oliver Arnolds et al., Charakterisierung einer Falte in TANGO1 entwickelt aus SH3-Domänen für den Export sperriger Ladungen, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37705-4