Wenn sich ein Protein „falsch“ faltet, sind die Folgen meist fatal. Die Veränderung in der Molekülform kann Krankheiten wie Alzheimer, Huntington oder BSE auslösen. Doch jetzt haben Wissenschaftler entdeckt, dass „missgebildete“ Proteine auch ihre positiven Seiten aufweisen. Sie helfen beispielsweise Hefen dabei, ungünstige Umweltbedingungen zu überstehen, indem sie vorher verborgene genetische Information mobilisieren.
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Überraschenderweise steht im Zentrum dieses Prozesses ein Prion, ein Protein, das für bestimmte neurologische Erkrankungen wie BSE verantwortlich ist, wie Forscher des Whitehead Instituts für Biomedizinische Forschung herausgefunden haben. „Das ist das erste Mal, dass wir gesehen haben wie ein Prion so auf eine Zelle einwirkt, dass es die Evolution fördert“, erklärt Heather True, Hauptautorin des Berichts in der Zeitschrift Nature. Schon zuvor hatten True und die Leiterin des Whitebread Instituts, Susan Lindquist, berichtet, dass ein Hefeprotein namens Sp35, die den Zellstoffwechsel ändert, wenn es sich zu einem Prion „missfaltet“. Normalerweise trägt Sup35 dazu bei, die Proteinproduktion zu steuern, als Prion dagegen produziert es Amyloidfasern ähnlich denen, die auch in Alzheimerpatienten gefunden werden.
Stop Codon deaktiviert
In den meisten Fällen ist dies für die Zelle fatal. Doch in rund 20 Prozent der getesteten Fälle entdeckte das Whitebread Team, dass diese neuen Phänotypen der Hefe eine Überlebensvorteil boten. „Aber wir kannten noch nicht die molekularen Mechanismen dahinter“, erklärt True. Die jetzt gefundene Antwort stellt einige der bisherigen Annahmen über die Vererbung von Eigenschaften auf den Kopf.
Damit Sup35 sicherstellen kann, dass die Zelle die in den Genen codierten „Proteinrezepte“ richtig liest, setzt es an den so genannten „Stop Codons“ der DANN an. Sie zeigen, wo im Genom ein Rezept endet. Sup35 kontrolliert, das die Zelle nur das DNA-Material umsetzt, dass sich vor einem solchen Stop-Codon befindet. Doch wenn Sup35 sich zu einem Prion umfaltet, wird es „nachlässig“. Als Folge liest die Zelle das Genom über die Stop Codons hinaus ab und setzt damit auch genetische Information um, die zuvor schlafend war.
Anpassung dank aufgeweckter Gene
Und genau hier setzt der Evolutionsvorteil ein: Unter bestimmten Umweltbedingungen kann der solcherart veränderte Zellstoffwechsel einen entscheidenden Evolutionsvorteil darstellen. Ist das der Fall, überlebt nicht nur die Zelle selbst, sie gibt dieses „wiedererweckte“ Gen auch an ihre Nachkommen weiter. In den Tochterzellen funktioniert dann dieses Gen auch ohne die Präsenz des falsch gefalteten Proteins. „Wir wissen nicht genau, wie die Tochterzellen das machen“, erklärt Lindquist. „Aber es geschieht schnell, schon nach einer einzigen Teilung.“
Damit funktioniert das Prion offenbar als eine Art Trittbrett für die Evolution indem es der Zellpopulation eine Chance gibt, sich durch das Aufrufen schlafender Information einer neuen Umgebung anzupassen. Dabei kann Sup35 sogar gleich mehrere Genen auf einmal „wecken“ und damit auch komplexere Veränderungen auslösen. „Dieses Prion hat die Kapazität, genetische Information im ganzen Genom freizusetzen und kann damit zu neuen, komplexen Phänotypen beitragen“, so die Wissenschaftlerin.
(Whitehead Institute for Biomedical Research, 16.08.2004 – NPO)
