Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

Blicke in die Motoren des LebensUntersuchungen mit Synchrotronstrahlung ermöglicheneinzigartige Einsichten in das komplexe Wechselspiel derKomponenten des Lebens – wie das der Muskeln.Unter dem Mikroskop gleicht ein Muskel Millionen winziger,in langen Reihen nebeneinander angeordneter Fäden. Diesensogenannten Sarkomeren verdanken wir Menschen unsere Bewegungsfähigkeit.Es handelt sich um hochkomplexe Strukturen,die an ihren Enden über breite Bänder aus dichtgepacktenMolekülen (Z-Scheiben) miteinander verbunden sind. Seit vielenJahren wird der Aufbau und die Bildung dieser Strukturenuntersucht. Insbesondere der Vernetzung der Sarkomere in derZ-Scheibe kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu. Wie dieseVernetzungen genau aussehen, war bis jetzt weitgehend unbekannt.Die Forschergruppen um Matthias Wilmanns, Leiter derEMBL-Außenstelle bei DESY, und Mathias Gautel, einem EMBL-Alumnus, der jetzt am Londoner King's College forscht, habennun gezeigt, dass Titin, das größte menschliche Protein, beteiligtund in der Z-Scheibe verankert ist. Von dort aus erstrecktsich Titin in seiner vollen Länge über das halbe Sarkomer. Die Arbeitenwurden in Nature veröffentlicht.Die jüngste Untersuchung gibt nach mehr als zehn JahrenForschung eine Antwort auf die Frage nach dem Ablauf des Zusammenbaus.Peijan Zou und Nikos Pinotsis aus WilmannsLabor ist es gelungen, Teile des Titinmoleküls im Verbund miteinem weiteren Protein namens Telethonin zu kristallisieren. Ander EMBL-Außenstelle in Hamburg analysierten sie die Kristallemit hochenergetischer Röntgenstrahlung. Auf der hochdetailliertenAufnahme der Verbindungen zwischen den Proteinenentdeckten die Forscher, dass Telethonin die Enden von zwei Titinfädenauf eine Weise miteinander verbindet, die Anhaltspunkteüber den Aufbau von Sarkomeren geben kann.Mit Hilfe moderner Mikroskopiermethoden konnten dieForscher im Labor von Gautel beobachten, wie sich die Molekülein der lebenden Zelle miteinander verbinden. Es war bekannt,dass Telethonin am Ende des Titin-Moleküls als eine Art „Kappe“fungiert, nicht jedoch wie es zwei einzelne Proteine zusammenbringt.Die neuen Untersuchungen haben gezeigt, dass Telethonineine Symmetrie aufweist, durch die es zwei auseinanderstrebendeTitin-Moleküle festzuhalten vermag. Das istetwas Neues. Zuvor wurden bereits andere einzelne Proteinegefunden, die sich als „Palindrome“ an DNA-Moleküle heftenkönnen – hier aber wurde erstmals beobachtet, dass Proteineselbst auf diese Weise miteinander verbunden sein können.Aus den Sarkomeren zu beiden Seiten der Z-Scheibe dringenandere Moleküle in das Verbindungsband ein – nach Ansichtder Wissenschaftler könnte ein Teil dieser Verbindungen durchausdem Muster von Titin und Telethonin folgen. Beide Teamswerden nun nach neuen Beispielen dieser Art suchen.Mit dem Molekülkomplex in seiner endgültigen Zusammensetzung,dem Thema ihrer Forschungsarbeiten, decken dieForscher allerdings lediglich einen minimalen Teil des MuskelproteinriesenTitin ab, das Zehntausende von Aminosäuren beinhaltet.Vermutlich existieren Hunderte oder gar Tausendeweiterer Wechselwirkungen. Die Erforschung eines der komplexestenSysteme im Körper des Menschen mit Hilfe der Synchrotronstrahlunghat somit gerade erst begonnen. Diese Arbeitveranschaulicht in eindrucksvoller Weise, wie die moderne biomedizinischeForschung Ansätze aus Zellbiologie, Biophysikund Strukturbiologie miteinander kombiniert. Zudem eröffnetsie neue Wege auf der Suche nach den Zusammenhängen zwischenKrankheiten und bekannten Mutationen im MuskelproteinTitin.Abbildung:Strukturaufklärung durchSynchrotronstrahlungzeigt, dass es die symmetrischeForm des ProteinsTelethonin vermag, zweiauseinanderstrebendeTitin-Moleküle im Muskelfestzuhalten.WissenschaftlicheVeröffentlichung:P. Zou, N. Pinotsis,S. Lange, Y.-H. Song,A. Popov, I. Mavridis,O. M. Mayans,M. Gautel & M. Wilmanns:Palindromic assembly ofthe giant muscle proteintitin in the sarcomericZ-disk. Nature, 2006 Jan12, 439(7073): 229-33Synchrotronstrahlung 2009 17