Wachsen und Überleben: Wie Proteine den Zellzyklus regulieren

Der Zellzyklus ist ein extrem komplexer und genau festgelegter Prozess. „Die Mutterzelle muss ihre gesamten Bestandteile verdoppeln und sich dann in zwei Tochterzellen teilen. Dafür müssen zahlreiche Gene zu ganz bestimmten Zeitpunkten an- und abgeschaltet werden „, sagt der Biophysiker Prof. Dr. Jochen Balbach von der MLU. Der Zellzyklus ist in verschiedene Phasen unterteilt. Diese werden durch sogenannte Inhibitor-Proteine gesteuert, auch bekannt als CDK-Inhibitoren. Wie bei einer roten Ampel blockieren diese Proteine den Übergang in die nächste Phase so lange, bis die Zelle das entsprechende Start-Signal gibt. Das Signal, um die nächste Phase des Zellzyklus einzuleiten, kommt von einer speziellen Enzym-Gruppe, den Kinasen. „Bisher wusste man nur, dass Kinasen die Signale dadurch weitergeben, dass sie eine Phosphatgruppe an die CDK-Inhibitoren hängen. Welche Kinasen das machen und der zugrunde liegende molekulare Mechanismus dafür war allerdings unbekannt“, so Balbach weiter.

Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Mechthild Hatzfeld aus der Sektion Pathobiochemie in der Medizinischen Fakultät der MLU konnten die Forscher diesen Signalweg nun erstmals beschreiben. Dabei kombinierten sie hochaufgelöste Kernspinresonanzspektroskopie-Daten mit zellbiologischen Methoden. So konnten die Forscher den Mechanismus zunächst im Reagenzglas und später direkt in der Zelle aufklären. Die Forscher fanden heraus: Die Kinasen verändern die Struktur der Inhibitor-Proteine und entfalten diese. So wird die ursprüngliche Funktionsweise der Inhibitor-Proteine aufgehoben und eine weitere blockierte Kinase freigesetzt, die dann das Signal zum Fortschreiten des Zellzyklus gibt. Diese lokale Entfaltung löst auch den Abbau des Inhibitors in der Zelle aus, wodurch die Richtung des Fortschreitens festgelegt wird. Die Forscher aus Halle gehen davon aus, dass dieser evolutionär konservierte Mechanismus die Grundlage vieler zellulärer Signalwege ist.

Angaben zur Publikation:
Amit Kumar, Mohanraj Gopalswamy, Annika Wolf, David J. Brockwell, Mechthild Hatzfeld, Jochen Balbach: Phosphorylation-induced unfolding regulates p19INK4d during the human cell cycle. Proc. Nat. Acad. Sci. USA (2018). doi: 10.1073/pnas.1719774115

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