Nur eine einzige Aminosäure
Mitochondrien sind weit mehr als die oft zitierten „Kraftwerke der Zelle“. Neben der Energiegewinnung sind sie an zahlreichen Stoffwechselwegen und Signalprozessen beteiligt. Dafür benötigen sie Hunderte verschiedene Proteine, von denen die meisten außerhalb der Mitochondrien hergestellt und anschließend importiert werden.
Sie tragen dafür am Anfang eine spezielle Aminosäuresequenz, die nach dem Import wieder abgespalten wird. Sie ist quasi das Erkennungszeichen, dass der Transport hierhin erfolgen soll. Erst durch weitere Verarbeitung innerhalb des Mitochondriums entsteht schließlich die reife und funktionstüchtige Form des Proteins.
Ein Forschungsteam der Universitäten Heidelberg und Freiburg hat nun untersucht, welche Rolle dabei das Enzym ICP55 spielt. Es entfernt bei einigen mitochondrialen Proteinen nach dem ersten Verarbeitungsschritt noch genau eine einzelne weitere Aminosäure.
Die Forschenden identifizierten 107 Proteine eindeutig als Ziel von ICP55 und erzeugten anschließend menschliche Zellen, denen das Enzym fehlte. Auf diese Weise konnten sie untersuchen, warum diese eine Aminosäure entfernt wird.
In den Zellkulturen konnten die Proteine weiterhin in die Mitochondrien gelangen. Ohne die abschließende Verarbeitung durch ICP55 waren jedoch zahlreiche größere Proteinkomplexe weniger stabil.
Betroffen waren unter anderem die Atmungskette, mitochondriale Ribosomen und der Proteinkomplex HSP60, der neu importierte oder geschädigte Proteine bei der korrekten Faltung unterstützt.
Bei HSP60 ließ sich besonders deutlich zeigen, wie entscheidend dieser winzige Unterschied sein kann. Blieb die eine Aminosäure erhalten, war der bereits zusammengesetzte Komplex deutlich anfälliger dafür, wieder auseinanderzufallen.
Ich bin immer wieder beeindruckt davon, wie unglaublich fein die biochemischen Abläufe in einer Zelle aufeinander abgestimmt sind. Noch kleiner als auf Ebene einzelner Aminosäuren kann man bei Proteinen ja kaum gehen.
Je mehr wir über solche Zusammenhänge lernen, desto erstaunlicher finde ich eigentlich, dass dieses ungeheuer komplexe Zusammenspiel in unseren Zellen die meiste Zeit eben doch so zuverlässig funktioniert.
Gleichzeitig hilft uns gerade dieses genaue Verständnis dabei, nachzuvollziehen, was passiert, wenn einzelne Schritte gestört sind. Das ist auch für die Erforschung von Erkrankungen interessant, bei denen mitochondriale Funktion und Proteinhomöostase beeinträchtigt sind. Das ist bei vielen neurodegenerativen Erkrankungen (z.B. Alzheimer) der Fall.
Quelle:
Kücükköse et al, 2026, Nature Structural & Molecular Biology
