Wirkmechanismus von SUMO aufgeklärt Eiweiß „kuriert“ Zellstress - scinexx | Das Wissensmagazin
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Wirkmechanismus von SUMO aufgeklärt

Eiweiß „kuriert“ Zellstress

Unsere Körperzellen sind in ständigem Stress. Nicht nur der normale Energieumsatz, auch Sonnenlicht, Chemotherapien oder Unterkühlung belasten die Zellen. Es entstehen dann schädliche Sauerstoff-Varianten, die den Stoffwechsel durcheinander bringen. Gelingt die Korrektur dieser so genannten Redox-Situation nicht, werden die Körperzellen geschädigt. Das kleine Eiweiß SUMO (Small Ubiquitin-related MOdifier) scheint Zellen zu helfen, auf Veränderungen der Redox-Situation zu reagieren. Dies haben jetzt Wissenschaftler der Universität Göttingen herausgefunden.

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Wie SUMO den oxidativen Stress in den Zellen wahrnimmt und anti-oxidierende Reaktionen der Zellen vermittelt beschreiben die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Molecular Cell“.

SUMO ist ein winziges Protein, das vorübergehend an andere Proteine angeheftet wird. Das Eiweiß wirkt wie ein Schalter in unseren Körperzellen. Die Anheftung von SUMO-Proteinen an größere Proteine verändert deren Aktivität, Stabilität oder Aufenthaltsort in der Zelle. Ohne SUMO sind unsere Zellen nicht lebensfähig. Auch andere Moleküle wie Phosphate oder Methyl-Reste werden vorübergehend an Proteine geheftet und steuern dadurch deren Aktivität.

SUMO ist jedoch eines der „Jüngsten“ unter den kleinen Regulatoren. Erst vor neun Jahren beschrieb Professorin Dr. Frauke Melchior mit ihren Kollegen im Labor des Scripps Research Institute in Kalifornien den „Small Ubiquitin-related MOdifier“. Dies war ein „Startschuss“ für eine Vielzahl von Arbeiten weltweit, die zeigen, dass SUMO hunderte von Eiweißen in unseren Körperzellen reguliert. Die verschiedenen SUMO-Zielproteine sind beteiligt an zellulären Vorgängen wie der Transkription, intrazellulärem Transport, DNA-Reparatur, DNA-Replikation und Zell-Zell-Kommunikation.

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Wasserstoffperoxid verhindert Anheftung von SUMO an seine Zielproteine

Das Team um Melchior wusste bereits, dass „SUMOylierungen“ (das Anheften von SUMO) die Aktivität und den Aufenthaltsort vieler Proteine in der Zelle verändern. Wenn Stress-bedingt zuviel reaktiver Sauerstoff in den Zellen vorkommt, reagieren diese mit „DeSUMOylierung“ – dem Abspalten von SUMO-Proteinen von den Zielproteinen. Besonders solche Proteine werden sehr schnell deSUMOyliert, die eine zentrale Rolle bei der Antwort auf oxidativen Stress spielen. Hierzu gehören die Transkriptionsfaktoren c-Fos und c-Jun.

Um zu klären, wie es zu der Sauerstoff-vermittelten DeSUMOylierung kommt, untersuchten Dr. Guillaume Bossis und Melchior die unmittelbare Reaktion der SUMOylierungs-Maschine auf die reaktive Sauerstoff-Variante Wasserstoff-Peroxid. Es zeigte sich, dass der reaktive Sauerstoff unmittelbar mit SUMO-anheftenden Enzymen reagiert und dadurch Anheftung von SUMO an seine Zielproteine verhindert. Diese Hemmung ist allerdings umkehrbar, so dass nach Beseitigung der reaktiven Sauerstoff-Spezies Zielproteine wieder SUMOyliert werden.

Nur wenige Proteine werden nach dem heutigen Kenntnisstand unmittelbar durch Wasserstoff-Peroxid reguliert. Zu dieser Gruppe gehören offenbar auch SUMO-anheftende Enzyme: Unter dem Einfluss von Wasserstoff- Peroxid bilden sich spezifische Disulfidbrücken zwischen zwei Enzymen, wodurch diese inaktivert werden. DeSUMOylierungen überwiegen dann vorübergehend gegenüber SUMOylierungen. Transkriptionsfaktoren wie c-Fos und c-Jun werden vorübergehend aktiviert und vermitteln in dieser Zeit die zelluläre Antwort auf den oxidativen Stress.

Es ist nach Ansicht der Wissenschaftler möglich, dass die umkehrbare Hemmung der SUMOylierung parallel oder ergänzend zu der umkehrbaren Hemmung von Phosphatasen den Zellen erlaubt, Signale von außen in den Zellkern zu vermitteln, wo die Aktivität von Ziel-Genen gesteuert wird.

(idw – Universität Göttingen, 03.02.2006 – DLO)

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