Zur molekularen Kommunikation zwischen Zellen
Evolutionär haben Zellen komplexe molekulare Netzwerke entwickelt, die für Überleben und Anpassung an verschiedenste Umweltstressoren wichtig sind. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS) fungieren dabei als Signalmoleküle und nehmen externe Stimuli auf, um spezifische Zellantworten auszulösen. ROS/RNS induzierten vor allem posttranslationale Proteinmodifikationen (Nitrosylierung, Bildung von Disulfidbindungen und Glutathionylierung), was wiederum zahlreiche grundlegende Prozesse in der Zelle steuert. Das Muster dieser redoxbasierten Proteinmodifikationen dient offenbar der molekularen Kommunikation, mit denen Zellen bestimmte Ergebnisse austauschen. Um die Funktion von Redoxsignalwegen zu klären, untersuchte das EU-finanzierte Projekt REDOXDYNAMICS die zeitliche und qualitative Dynamik redoxbasierter posttranslationaler Modifikationen in vivo. Schwerpunkt waren dabei Thioredoxine (TRX) und Glutaredoxine, da diese Enzyme an den Modifikationen beteiligt sind. Mit proteomischen und massenspektrometrischen Verfahren untersuchten die Forscher das Redox-Proteom von Saccharomyces cerevisiae unter verschiedenen physiologischen Wachstumsbedingungen. Mehr als 1.000 Proteine wurden als TRX-Targets identifiziert, da sie an Proteinabbau, Translation, Redox-Homöostase oder Stressreaktionen beteiligt sind. Interessanterweise deutete sich dabei ein weiterer Zusammenhang zwischen Redox-Homöostase und Autophagie an, ein Prozess, mit dem eukaryotische Zellen intrazelluläres Material abbauen. Das Konsortium enthüllte so den Mechanismus der Redoxregulation eines Autophagieproteins und bot wertvolle Einblicke zu beiden Prozessen. Eine ähnliche Analyse bei photosynthetischen Organismen (Chlamydomonas reinhardtii) ergab, dass die Redoxregulation verschiedene grundlegende Prozesse wie den Kohlenstoffmetabolismus steuert. Vergleichende Analysen der verschiedenen Proteome, die durch Glutathionylierung, Nitrosylierung oder TRX reguliert werden, deuten auf Zusammenhänge zwischen diesen Modifikationen hin. Insgesamt lieferte REDOXDYNAMICS Aufschluss über redoxgesteuerte Proteine und Signalwege und damit wichtige Informationen zur Regulation zellulärer Signalwege. Da zelluläre Signalwege für physiologische und pathologische Prozesse von Bedeutung sind, ist die Studie sowohl für die Grundlagen- als auch biomedizinische Forschung relevant.
Schlüsselbegriffe
Zelluläre Reaktion, Signalmoleküle, Nitrosylierung, Glutathionylierung, Thioredoxine