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Forscher decken auf, wie Transportproteine Zellmembran-Sperren überwinden

Eine von der EU mitfinanzierte Studie liefert neue Erkenntnisse zur Struktur und Funktionsweise von Transportproteinen. Hierbei handelt es sich um die Katalysatoren, die gewissen Substanzen beim Überwinden von Zellmembranen behilflich sind. Ein internationales Forscherteam kon...

Eine von der EU mitfinanzierte Studie liefert neue Erkenntnisse zur Struktur und Funktionsweise von Transportproteinen. Hierbei handelt es sich um die Katalysatoren, die gewissen Substanzen beim Überwinden von Zellmembranen behilflich sind. Ein internationales Forscherteam konnte aufklären, wie Transportproteine chemische Verbindungen durch die Zellmembran bringen und, was noch wichtiger ist, wie sie andere Substanzen an so einem Durchqueren hindern. Die Studie wurde unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) finanziert und am 16. Oktober vom Fachmagazin Science Express im Internet veröffentlicht. Laut Professor So Iwata vom Imperial College London, Vereinigtes Königreich, konnten die Forscher die genaue molekulare Funktion eines bedeutenden Membranproteins aufdecken. "Wir wissen, wie das Protein dem Hydantoin dazu verhilft, durch die Zellmembran zu gelangen, ohne gleichzeitig andere Substanzen durchzulassen", erklärt er. "Es wird sicherlich eine Reihe anderer für den Zellmembrantransport zuständigen Proteine mit dem gleichen Mechanismus geben, auch im menschlichen Körper [...]. Dies ist ein wichtiger Schritt für unser Verständnis der elementaren Prozesse, die in Zellen ablaufen." Professor Peter Henderson von der Universität Leeds arbeitete an der Studie mit und vertritt die Auffassung, dass diese neueste Entwicklung "Chemikern und industriellen Akteuren bei der Konzipierung und Entwicklung solcher Arzneimittel helfen wird, die ihnen für ihre Aktivitäten und zur Behandlung von Patienten nützlich sein werden." "Das größte Problem war die Erzeugung von ausreichend Protein im Zuge der Strukturuntersuchungen", so Professor Henderson weiter. Im Rahmen des Gemeinschaftsprojekts seien Methoden entwickelt worden, erklärt er, mit denen die Ausprägung der Transportproteine in Bakterien maximiert und die Proteine gereinigt worden seien. "Auf diese Weise können die Proteine ihre biologischen Prozesse weiter ausführen." "Dann könnten wir sie 'anzapfen' und sie Experten in Form einer 'Kristallstrukturanalyse' zur Verfügung stellen, wofür Röntgenstrahlen höchster Intensität erforderlich sind", fügt er hinzu. Solche Röntgenstrahlen können an der ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) in Grenoble, Frankreich, und an der Synchrotronanlage Diamond Light Source in Oxfordshire, Vereinigtes Königreich, erzeugt werden. Forscher vom Fachbereich Biowissenschaften des Imperial College London veranschaulichten, wie das Transportprotein Microbacterium hydantoin permease (Mhp1) Moleküle des Hydantoin durch die ansonsten resistente Zellmembran bringt, heißt es in dem Bericht. Außerdem befinde sich Mhp1 in der öligen, die Bakterienzelle umschließenden Membran, und durch das erfolgreiche Eindringen von Mhp1 würden Moleküle in nützliche Aminosäuren umgewandelt. Da Aminosäuren bei der Entwicklung von Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt werden, sind sie für die Wirtschaft im Allgemeinen und für die pharmazeutische Industrie im Besonderen von wesentlicher Bedeutung. Die Forscher werteten aus, wie das Mhp1-Protein den Ein- und Austritt des Hydantoin-Moleküls regelt. Sie zeigten auf, dass Mhp1 die Außenseite seiner Trennwand freilegt und dem Hydantoin damit ermöglicht, in die Grenzschicht zu gelangen. Dann schließt sich der Pfad hinter dem gebundenen Molekül, sodass keine anderen Substanzen eindringen können. Wenn sich daraufhin die Innenseite der Trennwand öffne, werde das Hydantoin in die Zelle abgegeben, erklären die Forscher. Im Bericht wird hervorgehoben, dass die Membrantransporter in drei Gruppen unterteilt werden können: die Primärgruppe, die aus aktiven Transportern besteht, die für den Transport von Substanzen Energie aus Licht, Redoxreaktionen oder die ATP-Hydrolyse einsetzen; die Sekundärgruppe, die aktive Transporter enthält, die freie, in einem elektrochemischen Gradienten gespeicherte Energie einsetzen; und eine dritte Gruppe, bei der die Transporter katalysierte Diffusion ohne Energiezufuhr durchführen. Vor acht Jahren haben die Forscher gemeinsam mit dem japanischen Unternehmen Ajinomoto Inc. mit der Erforschung dieses Proteins begonnen. Zunächst entdeckte Dr. Shinichi Suzuki an der Universität Leeds die Funktion des Mhp1-Proteins, woraufhin die Arbeit in Japan und den USA patentiert wurde. Die Studie wurde teilweise vom europäischen E-MeP-Konsortium (European Membrane Protein consortium) unterstützt, einer Forschungsplattform mit Schwerpunkt auf Entwicklung und Umsetzung neuer Technologien, die zum besseren Verständnis von mit Membranproteinen in Zusammenhang stehenden Krankheiten beim Menschen beitragen.