Mithilfe von Supermarkt-Spinat Zellrecycling entschlüsselt

Wie eine Recyclinganlage sorgt ein Komplex aus Eiweißstoffen (Proteasom) in Zellen dafür, dass defekte Proteine zerlegt und die Teile (Peptide) wiederverwendet werden können.

Wiener Forscher konnten nun erstmals die dreidimensionale Struktur solcher Maschinen aus Pflanzenzellen aufklären. Weil sich die Modellpflanze „Arabidopsis“ dafür nicht eignete, verwendeten sie Babyspinat aus dem Supermarkt, berichten sie im Fachblatt „Plant Communications“.

Der Strukturbiologe David Haselbach beschäftigt sich in seinem Labor am Institut für molekulare Pathologie (IMP) in Wien vor allem mit dem Proteasom von Säugetieren. Für ihre Bachelorarbeit hatte sich seine Studentin Susanne Kandolf das Ziel gesetzt, die erste Struktur eines pflanzlichen Proteasoms zu lösen. Ursprünglich wollte sie dafür die klassische Modellpflanze „Arabidopsis“ verwenden, die Biologen häufig in ihren Studien nutzen. Doch die kleine Pflanze erwies sich dafür als ungeeignet.

„Wir brauchten etwa ein Kilo junger Blätter, um genügend Pflanzenmaterial zu erhalten. Es war also klar, dass Arabidopsis aus Laborkulturen nicht ausreichen würde“, erklärte Kandolf in einer Aussendung des IMP. Aus diesem Grund griff sie zu einer naheliegenden Alternative: Sie ging in den nächsten Supermarkt, kaufte den Bestand an Babyspinat auf, zerkleinerte alle Blätter und begann mit der Extraktion.

Innerhalb von zwölf Wochen gelang es der Jungforscherin, pflanzliche Proteasomen aus Spinat zu reinigen. Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie konnte sie dann genügend Daten zu sammeln, um die dreidimensionale Struktur dieses Moleküls zu entschlüsseln. Mit der Kryo-Elektronenmikroskopie - für die Entwicklung der Methode wurde 2017 der Chemie-Nobelpreis vergeben - lassen sich schockgefrorene Biomoleküle im atomaren Maßstab beobachten.

Die Struktur der pflanzlichen Recyclinganlage ähnelt stark jener von Säugetieren und Hefen. Für die Wissenschafter zeigt das, dass sich die grundlegende Architektur des Komplexes im Laufe der Evolution nicht wesentlich verändert hat. Es gibt allerdings einige strukturelle Unterschiede, etwa eine Art langer „Schwanz“ des Proteinkomplexes, der bei Säugetieren fehlt. Die Forscher entdeckten auch eine neuartige Bewegung des Proteasoms, das sich wie eine Ziehharmonika zusammenzieht und ausdehnt, möglicherweise um zerhackte Peptide aus dem Inneren des Proteasoms auszustoßen. Was es damit auf sich hat, wollen die Forscher in Zukunft klären.

(APA/KG)