Studie: Zellen schicken Wartungsteams, um beschädigte Proteinfabriken zu reparieren

JUPITER, Florida – Im Rahmen einer Entdeckung, die für das Innenleben von Zellen von grundlegender Bedeutung ist, haben Wissenschaftler herausgefunden, dass, wenn oxidativer Stress Proteinfabriken namens Ribosomen schädigt, Reparaturtrupps eingreifen können, um bei der Behebung des Schadens zu helfen, damit die Arbeit schnell wieder aufgenommen werden kann.

Die Entdeckung, über die am Freitag in der Fachzeitschrift Molecular Cell berichtet wurde, könnte Auswirkungen auf Krebs, den Alterungsprozess sowie Wachstum und Entwicklung haben, sagte die Hauptautorin der Studie, die Molekularbiologin Katrin Karbstein, Ph.D., Professorin an der Herbert Wertheim UF Scripps Institut für biomedizinische Innovation und Technologie.

„Buchstäblich mehr als die Hälfte der Masse aller Zellen sind Ribosomen“, sagte Karbstein. „Wenn nicht genügend Ribosomen vorhanden sind oder diese nicht richtig funktionieren, werden Proteine ​​nicht richtig hergestellt, und das kann zu all diesen Krankheiten führen. Wir wissen, dass Defekte in der Maschinerie der Ribosomen beispielsweise in allen Krebszellen vorkommen.“ "

Beim Menschen kann es sein, dass in einer einzelnen Zelle 10 Millionen Ribosomen surren und die in den Genen festgelegten Proteine ​​Aminosäure für Aminosäure zusammensetzen. Während viele Dinge sie schädigen können – Infektionen, ultraviolettes Licht, Strahlung oder oxidativer Stress – verfügen Zellen über eine bemerkenswerte Fähigkeit, sich selbst zu schützen. Oftmals werden die beschädigten Gegenstände zur Vernichtung markiert, zerschnitten und recycelt. Da es jedoch so wichtig ist, dass viele Ribosomen vorhanden sind, ist die Zerstörung jedes beschädigten Ribosoms problematisch.

In einer Studie an Hefezellen fanden Karbstein und Kollegen heraus, dass Ribosomen eine alternative Reaktion auf Schäden durch oxidativen Stress haben. Oxidativer Stress entsteht in Zellen, wenn hochreaktive Sauerstoffmoleküle, die durch den Energiestoffwechsel entstehen, stabile Landeplätze finden müssen. Oft liegen diese stabilen Stellen innerhalb von Proteinen. Die Zufuhr von überschüssigem Sauerstoff kann Proteine ​​verändern und schädigen.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Ribosomen diesen unerwünschten Schaden mit Helfermolekülen beheben, die wie Chaperone fungieren und das beschädigte Segment von der Zelle wegbefördern. Der Schaden ist schnell behoben und das Ribosom ist wieder einsatzbereit. Die Zelle vermeidet so den intensiveren Prozess des Abbaus und der Neubildung völlig neuer Ribosomen und riskiert einen plötzlichen Verlust ihres Ribosomenpools.

„Wenn Proteine ​​​​zerbrochen werden, baut die Zelle sie normalerweise einfach ab. Das Ribosom ist ein sehr großer Komplex aus RNAs und Proteinen. Wenn also ein Abschnitt zerbrochen wird, möchte man vielleicht nicht das Ganze wegwerfen“, sagte Karbstein. „Es ist, als würde man einen platten Reifen wechseln, anstatt ein neues Auto zu kaufen.“

Weitere Studienautoren sind der Erstautor Yoon-Mo (Jason) Yang, Ph.D.; Kate Carroll, Ph.D.; und Youngeun Jung, Ph.D., ebenfalls vom Wertheim UF Scripps Institute, sowie Daniel Abegg, Ph.D., und Alexander Adibekian, Ph.D., jetzt von der University of Chicago.

Diese Arbeit wurde durch das National Institutes of Health-Stipendium R01GM145886 (AA), F32-GM139302 (YY), R35-GM136323 (KK), R01GM102187 (KSC) und das HHMI Faculty Scholar Grant 55108536 (KK) unterstützt.

Stacey S. DeLoye ist Kommunikationsdirektorin für UF Scripps Biomedical Research in Jupiter, Florida. Sie trat dem UF Health-Team im April 2022 bei, als die ehemaligen Scripps...Weiterlesen