Durchbruch in der Erforschung der Muskelbildung

Exzellenzcluster CECAD in der Universität zu Köln
Pressemitteilung
Von Astrid Bergmeister . CECAD PR & Marketing
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Durchbruch in der Erforschung der Muskelbildung
Einblick in die präzise Anordnung von Muskelproteinen liefert neue
Hinweise auf muskuläre Erkrankungen und Herzschwäche
Köln, 17. Januar 2013. Forscher des Exzellenzclusters CECAD der Universität zu Köln,
Deutschland und des Instituts für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien, Österreich haben
weitreichende Erkenntnisse über die Regulation der Muskelbildung während der
Entwicklung und im Alterungsprozess gewonnen. In einer neuen Studie beschreiben die
Forscher die molekulare Basis für die strukturierte Anordnung von Myosin-Filamenten in
Muskelzellen.
Die Entwicklung und Funktion unserer Muskulatur basiert auf der kleinsten Einheit einer
Muskelzelle, dem sogenannten Sarkomer. Die wichtigsten Bestandteile eines Sarkomers sind
die kontraktilen Proteine Aktin und Myosin, die als mikroskopisch sichtbare Filamente
(Proteinfäden) in einer quasi-kristallinen Anordnung im Muskel vorliegen. Im Gegensatz zur
Architektur des Sarkomers ist allerdings dessen Entstehung bislang wenig verstanden.
Besonders die Integration und Anordnung von Myosin in Muskelfibrillen wurde bislang nur
unzureichend erforscht.
Die Arbeitsgruppe um Prof. Hoppe des Kölner Exzellenzclusters CECAD hat bereits in
vergangenen Arbeiten gezeigt, dass die korrekte Anordnung von Myosin-Filamenten im Muskel
so genannte Chaperone benötigt. Chaperone sind spezialisierte Proteine, die anderen
Proteinen helfen, sich in die richtige Form zu falten. In diesem Kontext ist vor allem das Myosinspezifische Chaperon UNC-45 von zentraler Bedeutung für die Muskelentwicklung. Allerdings
war die mechanistische Funktion von UNC-45 bisher völlig unklar.
Prof. Thorsten Hoppe und sein Mitarbeiter Dr. Wojtek Pokrzywa haben nun gemeinsam mit PD
Dr. Tim Clausen und dessen Team ein grundlegendes Prinzip der Muskelbildung im Detail
untersucht. Als Modellorganismus diente dazu der Fadenwurm Caenorhabditis elegans, der
über eine dem Menschen sehr ähnliche Muskulatur verfügt.
Diese Kollaboration hat bemerkenswerte Ergebnisse erzielt, die im Wissenschaftsjournal Cell
veröffentlicht wurden. Die Forscher fanden heraus, dass das Myosin-spezifische Chaperon
UNC-45 wie ein zelluläres Fließband funktioniert und das Muskelprotein Myosin in
regelmäßigen Abständen periodisch anordnet (Abb. 1). Interessanterweise entspricht die
Anordnung entlang der UNC-45 Maschinerie dem Abstand, den Myosinproteine in fertig
ausgebildeten Muskelfilamenten einnehmen. Somit dient UNC-45 als Schablone und gibt die
spätere Muskelstruktur vor. Dieser neuartige Mechanismus verändert grundlegend das aktuelle
Verständnis der Muskelbildung und beschreibt, wie Muskelfilamente sich entwickeln und im
Alter erhalten bleiben:
(1) Das UNC-45 Chaperon unterstützt nicht nur die Protein-Faltung, sondern fungiert als
neuartige Filament-Bildungs-Maschinerie, die das molekulare Gerüst für die regelmäßige
Anordnung von Muskel-Myosin bereitstellt. Es bleibt offen, ob dieser Fließbandmechanismus
neben Myosin auch für andere Proteinanordnungen relevant ist.
(2) Das Team um Prof. Hoppe hat in früheren Veröffentlichungen bereits gezeigt, dass eine
Fehlfunktion des UNC-45 Proteins beim Menschen zu schweren Muskelstörungen beiträgt.
Diese Muskelstörungen verursachen sogar Defekte der Skelettmuskulatur und des Herzens.
Daher könnten die neuen Forschungsergebnisse Ansätze für therapeutische Strategien zur
Bekämpfung von Muskel- und Herzerkrankungen liefern.
Publikation:
Gazda et al., The Myosin Chaperone UNC-45 Is Organized in Tandem Modules to Support
Myofilament Formation in C. elegans, Cell (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2012.12.025
Kontakt:
Prof. Thorsten Hoppe
Exzellenzcluster CECAD . Universität zu Köln
Zülpicher Straße 47a . 50674 Köln
+ 49 (0) 221-470-1503 . e-mail: [email protected]
CECAD PR & Marketing, Astrid Bergmeister
+ 49 (0) 221-470-5287 . e-mail: [email protected]
Bildlegende zur Abbildung 1: Die aktuelle Forschungsarbeit von Gazda et al. beschreibt wie
das konservierte Protein UNC-45 die präzise Anordnung von Myosin in definierte
Muskelstrukturen vermittelt. Die Abbildung illustriert das „Faltungs-Muster“ Prinzip: UNC-45
bildet eine Montageplattform, die die Arbeit weiterer Mechaniker (Hsp70 und Hsp90;
hervorgehoben) an Muskel-Myosin in regelmäßigen Abständen entlang entstehender
Myofilamente organisiert.
Bildrechte - Bitte angeben: Mit freundlicher Genehmigung von David Greenlees