Menselijke cellen hebben een geavanceerd regulerend systeem dat bestaat uit het labelen van eiwitten met het kleine molecuul ubiquitine. In een eerste, een team van de Technische Universiteit van München (TUM) is erin geslaagd eiwitten met ubiquitine gericht te markeren in reageerbuisjes en in levende cellen. De procedure opent de deur naar het verkennen van de innerlijke werking van dit vitale regelgevende systeem.

Planten, schimmels, dieren en mensen brengen het eiwit ubiquitine tot expressie. Het bestaat uit een reeks van 76 aminozuren, waardoor het een relatief klein biomolecuul is. Maar de invloed ervan is verstrekkend:het type, positie en aantal ubiquitine-moleculen gebonden aan eiwitten bepalen hun stabiliteit, functie, en locatie in de cel.

"Vrijwel elk proces in de cel wordt direct of indirect beïnvloed door ubiquitine. Dat is de reden waarom storingen van dit labelingsmechanisme worden geassocieerd met de ontwikkeling en progressie van kanker en vele andere ernstige ziekten, " legt Kathrin Lang uit, Hoogleraar synthetische biochemie aan de Technische Universiteit van München.

De ontdekking van de belangrijke rol die dit cellulaire regelsysteem speelt bij de gecontroleerde afbraak van eiwitten werd erkend met de Nobelprijs voor de Scheikunde van 2004. Maar, in veel gevallen blijven de details van hoe ubiquitine-modificaties de functie van cellen beïnvloeden, onduidelijk. Het team van Kathrin Lang heeft nu een methode ontwikkeld om ubiquitine-labels aan gerichte eiwitten te bevestigen - een sleutel tot het verkennen van het systeem.

Een bacterieel enzym creëert nieuwe verbindingen

Het team van Lang gebruikt twee trucs om het gecompliceerde natuurlijke systeem te omzeilen:ze bevatten een nieuw gemodificeerd aminozuur, waaraan het van bacteriën afgeleide enzym sortase ubiquitine of een ubiquitine-vergelijkbaar molecuul kan hechten.

"De grootste uitdaging was om de verschillende stappen - de opname van het onnatuurlijke aminozuur in een doeleiwit en de overdracht van ubiquitine door het enzym sortase - zo op elkaar af te stemmen dat ze niet alleen in de reageerbuis maar ook in het leven werken. cellen, " herinnert Maximilian Fottner zich, de hoofdauteur van de studie.

Ondertussen, de onderzoekers van de Technische Universiteit van München hebben hun nieuwe methode geoptimaliseerd en gepatenteerd voor veel verschillende cellulaire eiwitten. "We zijn al samenwerkingen aangegaan met artsen en celbiologen die nu met ons willen samenwerken om de effecten van ubiquitinemarkers op de ontwikkeling van kanker en neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson op moleculair niveau te bestuderen, " zegt prof. Lang.