Ubiquitin markiert Proteine für den Abbau, wobei Ubiquitin-Moleküle in unterschiedlicher Art und Anzahl kombiniert sein können und unterschiedliche Ketten bilden. Forschende des Max-Planck-Instituts für Biochemie (MPIB) haben die neue Technologie UbiREAD entwickelt, um die verschiedenen Kombinationen der Ubiquitin-Moleküle – den Ubiquitin-Code – zu entschlüsseln, der bestimmt, wie Proteine in Zellen abgebaut werden. Mit UbiREAD markieren die Forschenden fluoreszierende Proteine mit spezifischen Ubiquitin-Kombinationen und verfolgen deren Abbau in Zellen. Die in Molecular Cell veröffentlichte Studie zeigte, welcher Code den intrazellulären Proteinabbau auslösen kann und welcher nicht.

Um den Ubiquitin-Code zu entschlüsseln und den Proteinabbau besser zu verstehen, hat Leo Kiss in Zusammenarbeit mit Leo James, Leiter der Forschungsgruppe „Host-Pathogen Biology“ am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien, UbiREAD entwickelt, engl. Ubiquitinated Reporter Evaluation After intracellular Delivery (dt. Ubiquitinierte Reportermessung nach intrazellulärer Verabreichung). Dieser neue Ansatz ermöglicht die Untersuchung des zellulären Abbaus von Proteinen, die einen definierten Ubiquitin-Code tragen. Die Forschenden markieren ein fluoreszierendes Protein mit einem bekannten Ubiquitin-Code. Anschließend geben sie das markierte Protein an die Zellen ab. Anhand der Fluoreszenzintensität, die mit der Menge der Proteine korreliert, können sie das Schicksal des Proteins verfolgen: Wenn es noch intakt ist, bleibt die Fluoreszenz bestehen, wenn es abgebaut wird, geht die Fluoreszenz verloren.

Mit UbiREAD entdeckten die Forschenden, dass der intrazelluläre Abbau schneller ist als der Abbau desselben Proteins in einem Reagenzglas mit aufgereinigten Abbaumaschinerien. Es dauert nur eine Minute, um die Hälfte des markierten Proteins in der zellulären Umgebung abzubauen. Außerdem konnten sie zeigen, dass Proteine, die mit einer bestimmten Art von Ubiquitinkette, der sogenannten K48, markiert sind, schnell abgebaut werden, während Proteine mit K63-Ketten schnell ihre Markierung verlieren und nicht abgebaut werden.

Die Forschenden verglichen auch verschiedene Längen von Ubiquitinketten. Leo Kiss sagt: „Überraschenderweise, reichten Ketten mit bereits drei Ubiquitinmolekülen aus, um das fluoreszierende Protein effektiv abzubauen. Dieser Code kann jedoch verloren gehen, wenn diese Ubiquitine nicht direkt auf dem Protein, sondern auf einer anderen Ubiquitinkette angeheftet werden. Es kommt auf den genauen Kontext an.“

Brenda Schulman, Direktorin am MPIB, fasst zusammen: „Unsere Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, Ubiquitinketten und ihre Funktionen in ihrer natürlichen zellulären Umgebung zu untersuchen. Wir haben gezeigt, dass UbiREAD ein vielseitiges Werkzeug ist, um den intrazellulären Abbau von Proteinen zu analysieren, die an verschiedene Arten von Ubiquitin oder Ubiquitin-ähnlichen Proteinketten in unterschiedlichen zellulären Kontexten gebunden sind. Auch in Zukunft werden wir UbiREAD einsetzen, um in naher Zukunft noch viele weitere Erkenntnisse über das komplexe Ubiquitinsystem zu gewinnen.“

Original Paper:

UbiREAD deciphers proteasomal degradation code of homotypic and branched K48 and K63 ubiquitin chains: Molecular Cell

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Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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