Der Arbeitsgruppe von Dr. Claus Schwechheimer am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) der Universität Tübingen ist es gelungen, in Pflanzenzellen eine Proteinfunktion zu identifizieren, deren Verständnis wichtige Impulse für die Krebsforschung beim Menschen geben könnte ("Development" 135 - Juni 2008).
Für alle Lebewesen ist der geregelte Abbau von Proteinen in ihren Zellen ebenso überlebenswichtig wie deren Herstellung: Ein fehlerhafter oder unvollständiger Proteinabbau führt oft zu Fehlfunktionen in der Zelle oder sogar zu deren Absterben. Der zentrale Steuerungsapparat für die Kontrolle dieser Abbauprozesse ist in allen Organismen - ob Pflanze, Tier oder Mensch - sehr ähnlich: Ein als COP9-Signalosom bezeichneter Proteinkomplex steuert die Aktivität sogenannter E3-Ligasen, deren Aufgabe es ist, Proteine so zu kennzeichnen, dass sie dem gezielten Abbau über einen weiteren Proteinkomplex zugeführt werden können. Eine verringerte Anzahl von Signalosomen in einer Zelle führt zu massiven Störungen in der E3-Ligasefunktion, und als Konsequenz zu einem Anstieg an krankhaften Fehlfunktionen, die in den betroffenen Zellen zur unkontrollierten Zellteilung (Tumore) oder zum Zelltod führen können.
Das COP9-Signalosom ist für viele Prozesse in einer Zelle verantwortlich, indem es eine große Anzahl von E3-Ligasen und damit den Abbau einer Vielzahl regulatorischer Proteine steuert. Eine Aufklärung sämtlicher dieser Regelkreise stellt eine nahezu unlösbare Aufgabe für einen einzelnen Forscher dar. Mit Hilfe modernster Technologie ist es Claus Schwechheimer nun jedoch gelungen, aus der Vielzahl dieser Regelkreise Hinweise auf die Fehlfunktion eines die Zellteilung kontrollierenden Mechanismus zu erhalten.
Die Zellteilung stellt einen essentiellen Prozess im Wachstum eines Organismus dar; "und gleichermaßen stellt sie die Zelle vor die knifflige Aufgabe, die DNA der Mutterzelle vollständig und unverändert an die beiden Tochterzellen weiterzugeben - eine fehlerhafte Weitergabe führt fast zwangsläufig zu Krankheit oder Tod", führt der Wissenschaftler aus. Zellen haben daher ausgeklügelte Mechanismen entwickelt, um die Entstehung solcher Fehler zu minimieren und dennoch auftretende Fehler wieder zu reparieren.
Tatsächlich gelang es nun Schwechheimer und seinem Team, an Pflanzenzellen mit geschädigtem Signalosom aufzuzeigen, dass diese zwar ihre DNA verdoppelt hatten, aber den eigentlichen Teilungsprozess abgebrochen hatten, da ihre DNA geschädigt war. Da dadurch jegliches Wachstum verhindert wird, verharrt die Zelle in einem unvollständigen Teilungszustand. Schwechheimer vermutet nun, dass die speziell für die Reparatur der DNA-Schäden verantwortlichen E3-Ligasen nicht mehr korrekt arbeiten, wenn das Signalosom als zentrale Steuerungseinheit beschädigt ist oder fehlt. Damit wäre eine Verbindung zwischen einem defekten Signalosom und einer überlebenswichtigen Zellfunktion gefunden. "Das war wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen, und wir hatten auch Glück dabei", gibt Schwechheimer zu.
Dieser überlebenswichtige Reparaturmechanismus ist aber keineswegs auf Pflanzenzellen beschränkt, denn auch tierische und menschliche Körperzellen sind darauf angewiesen, dass die DNA-Verdoppelung und die Zellteilung fehlerfrei funktionieren. Andernfalls entstehen Fehlfunktionen, die in vielen Fällen die Ursache für Krebs sind. "Wir haben hier mit großer Wahrscheinlichkeit einen Mechanismus gefunden, der auch in unseren Körperzellen für die DNA-Reparatur essentiell ist, eine Verbindung zur Krebsentstehung ist daher äußerst wahrscheinlich", sagt Schwechheimer. Diese Relevanz für menschliche Zellen und die Entstehung von Krebs muss nun überprüft werden, und dabei setzt der Pflanzenforscher auf den Austausch mit seinen Kollegen aus der medizinischen Forschung.
Für seine eigene Forschung an Pflanzenzellen hat Schwechheimer klare Ziele:
"Wir haben einen universellen Zellmechanismus gefunden, den wir in Pflanzen sehr gezielt und ohne Risiko für den Menschen erforschen können. Uns fehlen noch wichtige Details, die wir nun mit Nachdruck aufklären wollen, um diese Prozesse in der Zelle in Zukunft beeinflussen zu können."
Für alle Lebewesen ist der geregelte Abbau von Proteinen in ihren Zellen ebenso überlebenswichtig wie deren Herstellung: Ein fehlerhafter oder unvollständiger Proteinabbau führt oft zu Fehlfunktionen in der Zelle oder sogar zu deren Absterben. Der zentrale Steuerungsapparat für die Kontrolle dieser Abbauprozesse ist in allen Organismen - ob Pflanze, Tier oder Mensch - sehr ähnlich: Ein als COP9-Signalosom bezeichneter Proteinkomplex steuert die Aktivität sogenannter E3-Ligasen, deren Aufgabe es ist, Proteine so zu kennzeichnen, dass sie dem gezielten Abbau über einen weiteren Proteinkomplex zugeführt werden können. Eine verringerte Anzahl von Signalosomen in einer Zelle führt zu massiven Störungen in der E3-Ligasefunktion, und als Konsequenz zu einem Anstieg an krankhaften Fehlfunktionen, die in den betroffenen Zellen zur unkontrollierten Zellteilung (Tumore) oder zum Zelltod führen können.
Das COP9-Signalosom ist für viele Prozesse in einer Zelle verantwortlich, indem es eine große Anzahl von E3-Ligasen und damit den Abbau einer Vielzahl regulatorischer Proteine steuert. Eine Aufklärung sämtlicher dieser Regelkreise stellt eine nahezu unlösbare Aufgabe für einen einzelnen Forscher dar. Mit Hilfe modernster Technologie ist es Claus Schwechheimer nun jedoch gelungen, aus der Vielzahl dieser Regelkreise Hinweise auf die Fehlfunktion eines die Zellteilung kontrollierenden Mechanismus zu erhalten.
Die Zellteilung stellt einen essentiellen Prozess im Wachstum eines Organismus dar; "und gleichermaßen stellt sie die Zelle vor die knifflige Aufgabe, die DNA der Mutterzelle vollständig und unverändert an die beiden Tochterzellen weiterzugeben - eine fehlerhafte Weitergabe führt fast zwangsläufig zu Krankheit oder Tod", führt der Wissenschaftler aus. Zellen haben daher ausgeklügelte Mechanismen entwickelt, um die Entstehung solcher Fehler zu minimieren und dennoch auftretende Fehler wieder zu reparieren.
Tatsächlich gelang es nun Schwechheimer und seinem Team, an Pflanzenzellen mit geschädigtem Signalosom aufzuzeigen, dass diese zwar ihre DNA verdoppelt hatten, aber den eigentlichen Teilungsprozess abgebrochen hatten, da ihre DNA geschädigt war. Da dadurch jegliches Wachstum verhindert wird, verharrt die Zelle in einem unvollständigen Teilungszustand. Schwechheimer vermutet nun, dass die speziell für die Reparatur der DNA-Schäden verantwortlichen E3-Ligasen nicht mehr korrekt arbeiten, wenn das Signalosom als zentrale Steuerungseinheit beschädigt ist oder fehlt. Damit wäre eine Verbindung zwischen einem defekten Signalosom und einer überlebenswichtigen Zellfunktion gefunden. "Das war wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen, und wir hatten auch Glück dabei", gibt Schwechheimer zu.
Dieser überlebenswichtige Reparaturmechanismus ist aber keineswegs auf Pflanzenzellen beschränkt, denn auch tierische und menschliche Körperzellen sind darauf angewiesen, dass die DNA-Verdoppelung und die Zellteilung fehlerfrei funktionieren. Andernfalls entstehen Fehlfunktionen, die in vielen Fällen die Ursache für Krebs sind. "Wir haben hier mit großer Wahrscheinlichkeit einen Mechanismus gefunden, der auch in unseren Körperzellen für die DNA-Reparatur essentiell ist, eine Verbindung zur Krebsentstehung ist daher äußerst wahrscheinlich", sagt Schwechheimer. Diese Relevanz für menschliche Zellen und die Entstehung von Krebs muss nun überprüft werden, und dabei setzt der Pflanzenforscher auf den Austausch mit seinen Kollegen aus der medizinischen Forschung.
Für seine eigene Forschung an Pflanzenzellen hat Schwechheimer klare Ziele:
"Wir haben einen universellen Zellmechanismus gefunden, den wir in Pflanzen sehr gezielt und ohne Risiko für den Menschen erforschen können. Uns fehlen noch wichtige Details, die wir nun mit Nachdruck aufklären wollen, um diese Prozesse in der Zelle in Zukunft beeinflussen zu können."
