Membranproteine ​​von Cyanobakterien und höheren Organismen sind strukturell sehr ähnlich

Die Zellen lebender Organismen sind mit Proteinen ausgestattet, die an der Formung und Umgestaltung von Zellmembranen beteiligt sind und dabei wichtige Aufgaben übernehmen. Die Zellmembran umschließt das Zellinnere, wird aber ständig umgestaltet, beispielsweise durch Membranknospung, Invagination oder Fusionsprozesse. Dabei handelt es sich auch um verschiedene Proteine, von denen lange angenommen wurde, dass sie ausschließlich oder überwiegend in höheren Organismen vorkommen.

In den letzten 10 bis 20 Jahren wurden Proteine ​​jedoch auch in einfachen Organismen identifiziert oder vorhergesagt, die keinen Zellkern besitzen. In einer Forschungskooperation wurde nun erstmals ein Protein beschrieben, das am Membranumbau von Cyanobakterien beteiligt ist. Die Existenz eines solchen bakteriellen Proteins war vermutet worden, doch der Beweis stand noch aus. Das untersuchte Protein ist wahrscheinlich ein bakterieller Vertreter eines ähnlichen Proteins, das in höheren Organismen wie Tieren und Pflanzen vorkommt.

Membranproteine ​​auch in Prokaryoten entdeckt

Membranproteine ​​sind an einer Vielzahl von Membranumbau- und Reparaturprozessen beteiligt, um Membranschäden zu bewältigen und so das Überleben der Zelle zu sichern. Im vergangenen Jahrzehnt wurden solche Proteine ​​auch in Prokaryoten entdeckt, also einfachen Organismen, die keinen Zellkern besitzen. Viele davon haben Ähnlichkeiten mit Proteinen, von denen man früher annahm, dass sie nur in komplexeren Organismen zu finden sind, die einen Zellkern enthalten, dh Eukaryoten, wie Tiere und Pflanzen.

Sogenannte Dynamin und Dynamin-ähnliche Proteine ​​wurden ursprünglich ebenfalls für eukaryotische Erfindungen gehalten, bis eine bioinformatische Studie 1999 die Existenz von bakteriellen Dynamin-ähnlichen Proteinen oder DLPs vorhersagte. Diese DLPs gehören zur Superfamilie der Dynamin-Proteine ​​und sind an verschiedenen Membranumbauprozessen in Eukaryoten beteiligt.

Kürzlich wurde ein spezifisches DLP, bekannt als SynDLP, im Genom eines Cyanobakteriums identifiziert. Dieses Protein wurde von Forschungsteams der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Forschungszentrums Jülich unter Beteiligung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) untersucht.

„Wir gingen bisher davon aus, dass wir solche Proteine ​​nur in eukaryotischen Zellen finden würden“, sagt Professor Dirk Schneider, Leiter der Arbeitsgruppe Membranproteine ​​an der JGU.

„SynDLP hat eine Struktur, von der wir bisher dachten, dass sie nur in höheren Organismen vorkommt“, ergänzt Professor Carsten Sachse, Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich und Professor an der HHU. „Die strukturellen Eigenschaften von SynDLP legen nahe, dass es sich um den nächsten bekannten bakteriellen Vorfahren des eukaryotischen Dynamins handelt“, beschreibt Sachse die Ergebnisse.

„Wir gehen davon aus, dass dieses Protein bereits in einer Urzelle vorhanden war, bevor sie sich zu kernlosen und kernlosen Zellen weiterentwickelte“, ergänzt Schneider.

Cyanobakterien verwenden ein internes Membransystem für die Photosynthese

Cyanobakterien gehören zu den ältesten Organismen der Erde. Wegen ihrer Farbe werden sie auch Blaugrüne Bakterien genannt. Anders als andere Bakterien besitzen sie ein zweites inneres Membransystem, in dem die Lichtreaktionen der Photosynthese ablaufen. Allerdings ist die Membran gerade durch die Lichtreaktion sehr anfällig und unterliegt einer ständigen Reparatur und Umgestaltung. Daher sind membranremodellierende Proteine ​​besonders wichtig für den Wiederaufbau oder die Reparatur der Membran.

„Wir wissen noch nicht genau, welche Funktion SynDLP in der Membrandynamik hat“, sagt Professor Schneider. Unter Laborbedingungen scheint es nicht lebenswichtig zu sein. „Wenn es jedoch nicht essentiell wäre, wäre es nicht über Milliarden von Jahren erhalten geblieben“, vermutete er. Dieser Frage wollen die Wissenschaftler künftig nachgehen und untersuchen, welche Funktion das Protein in Bakterienzellen genau erfüllt.

An der jetzt veröffentlichten achtjährigen Forschungsarbeit waren drei junge Wissenschaftler maßgeblich beteiligt: ​​Dr. Ruven Jilly und Lucas Gewehr von der JGU sowie Dr. Benedikt Junglas vom Forschungszentrum Jülich, ehemals Doktorand am Max-Planck-Graduiertenzentrum der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (MPGC). Weitere Mitarbeiter kommen vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz und der Universität Aarhus in Dänemark. Die Arbeit ist gerade erschienen in Naturkommunikation mit verwandten Forschungsergebnissen, die auch in veröffentlicht werden Biowissenschaftliche Berichte.