Wie funktioniert ein chemischer rezeptor?

"Unsere Studie ist ein gutes Argument dafür, kleine Moleküle als wertvolle chemische Werkzeuge zum Verständnis komplexer biologischer Mechanismen zu verwenden. Ich freue mich, eine fantastische Zusammenarbeit mit Kollegen in Umeå, Stockholm und Deutschland zu koordinieren", sagt Yaowen Wu, Professor am Fachbereich Chemie der Universität Umeå

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Zellmembranen bestehen aus Lipiden und Proteinen und bieten Barrierefunktionen für Zellen und intrazelluläre Organellen.

Zellmembranen sind hochdynamische Mosaik-Fluid-Strukturen, die einem ständigen Umbau unterzogen werden. Der für den Transport erforderliche endosomale Sortierkomplex (ESCRT) hat die Aufgabe, die Membranen im Inneren der Zelle neu zu formen. ESCRT-Maschinen werden vor Ort in der Zelle montiert wo Membranen umgeformt werden müssen und dann helikale Proteinpolymere bilden, die sich zusammenziehen und die Zellmembranen einklemmen können.

Zuvor haben Professor Yaowen Wu und seine Gruppe in Zusammenarbeit mit dem Labor von Professor Herbert Waldmann am Max-Planck-Institut Dortmund ein chemisches Molekül, Tantalosin, identifiziert, das eine phänotypähnliche Autophagie induziert – einen selbstfressenden Prozess in der Zelle.

Tantalosin ist ein synthetisches Molekül, das von Alkaloiden aus der Heilpflanze Chinarinde inspiriert ist. Sie beobachteten ein sehr interessantes Phänomen in Zellen, die mit Tantalosin behandelt wurden, und untersuchten den molekularen Mechanismus, wie Tantalosin in der Zelle wirkt.

In Zusammenarbeit mit der Chemical Proteomics Platform am SciLifeLab am Karolinska Institutet testete das Team potenzielle zelluläre Ziele für Tantalosin.

– Zum Frühling Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass keines der Autophagie-bezogenen Proteine auf der Liste der potenziellen Ziele stand.

Wir haben jedoch das IST1-Protein in ESCRT-Komplexen als zelluläres Ziel von Tantalosin identifiziert und validiert.

Wir haben uns gefreut, dass wir diesen unerwarteten Zusammenhang zwischen ESCRT-Komplexen und Autophagie entschlüsseln konnten", sagt Erstautorin Anastasia Knyazeva, die kürzlich am Fachbereich Chemie der Universität Umeå promoviert hat.

Die Forscher charakterisierten den Mechanismus mit einer Reihe von biochemischen und zellbiologischen Methoden. Als sie die Protein-Protein-Interaktion in Lösung untersuchten, stellten sie fest, dass Tantalosin die Interaktion zwischen IST1 und seinem Bindungspartner CHMP1B vollständig stoppt.

"Diese beiden Proteine haben wir dann in Zusammenarbeit mit Kasturika mit einem Transmissionselektronenmikroskop genauer unter die Lupe genommen Shankar, Doktorand am Lars-Anders Carlson Labor an der Universität Umeå.

Interessanterweise stört Tantalosin die Bildung geordneter IST1-CHMP1B-Filamente", erklärt Shuang Li, Co-Erstautor und Postdoc am Department of Chemistry der Universität Umeå

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Darüber hinaus schauten die Forscher in das Innere der Zelle und fanden heraus, dass Tantalosin schnell in das Recycling der Rezeptoren der Zelloberfläche zurück zur Zelloberfläche eingreift. Diese Eigenschaft kann möglicherweise für die Behandlung bestimmter Krebsarten von Vorteil sein, die von Zelloberflächenrezeptoren gesteuert werden.

In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass das LC3-Protein, das normalerweise ein Kennzeichen der Autophagie ist, während der Behandlung mit Tantalosin mit den endosomalen Membranen verbunden ist.

Interessanterweise wurde der kanonische autophagische Abbau nicht beobachtet. Stattdessen fanden sie heraus, dass der Prozess einem anderen nicht-kanonischen Autophagie.

"Wir glauben, dass Tantalosin ein einzigartiges Molekül ist, das das Verständnis neuer Funktionen der nicht-kanonischen Konjugation von LC3 an endosomale Membranen erleichtert. Wir hoffen, dass weitere Studien die Rolle der LC3-Membrankonjugation und der damit verbundenen Proteine bei Membrandeformationsprozessen aufdecken werden", sagt Anastasia Knyazeva.