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Einen biochemischen Prozess, der schon früh in
der Entstehung des Lebens eine wichtige Rolle spielte, hat die
Arbeitsgruppe um den Leibniz-Preisträger Professor Dr. Roland Lill,
Direktor des Instituts für Zytobiologie der Philipps-Universität
Marburg, aufgeklärt. Bereits vor einigen Jahren hatte Lill die schon
lange gestellte Frage beantwortet, warum Mitochondrien - die
Kraftwerke der Zelle - eine für das Überleben von Zellen
unerlässliche, "essentielle" Rolle spielen. Nun berichtete er, welches
Protein für diese essentielle Funktion verantwortlich ist, und konnte
dessen Aufgabe, nämlich die Produktion von Ribosomen, näher
eingrenzen. Ribosomen wiederum spielen eine zentrale Rolle bei der
Herstellung von Proteinen aus der Erbsubstanz DNA. Die Ergebnisse
seiner Arbeit veröffentlichte Lill nun im Fachjournal der European
Molecular Biology Organization (EMBO) unter dem Titel "Biogenesis of
cytosolic ribosomes requires the essential iron-sulphur protein Rli1
and mitochondria" (EMBO Journal (2005) 24, 589-598).
Bereits vor fünf Jahren hatten Lill und Mitarbeiter in Zusammenarbeit
mit der ungarischen Gruppe um Professor Dr. Gyula Kispal
herausgefunden, dass Mitochondrien für die lebenswichtige Bildung von
so genannten Eisen-Schwefel-Zentren verantwortlich sind, die - in
Proteine eingebaut - zum Beispiel Elektronen übertragen können. Ein
wichtiges Beispiel für die Funktion von Eisen-Schwefel-Proteinen ist
die zelluläre Veratmung des Sauerstoffs (O2) zu Wasser (H2O).
Entgegen der bis dahin gängigen Lehrmeinung erfolgt die Synthese der
Eisen-Schwefel-Proteine nicht spontan, sondern in einem komplexen
biochemischen Prozess. Bislang hat Lill mit seinen Mitarbeitern zwölf
der bisher zwanzig bekannten, meist mitochondrialen Proteine entdeckt,
die für diesen Vorgang wichtig sind. Wird die Bildung der
Eisen-Schwefel Proteine unterbunden, so stirbt die Zelle, womit
gezeigt ist, dass diese Komponenten eine lebenswichtige Funktion
ausüben. So konnte nach vielen Jahrzehnten der Mitochondrienforschung
endlich die Frage geklärt werden, welcher Prozess diese Organellen zu
essentiellen Bestandteilen einer Zelle macht. Für diese Entdeckung war
Lill der Leibniz-Preis 2003 - der höchstdotierte Förderpreis der
Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) - zuerkannt worden. Allerdings
war offen geblieben, welches Eisen-Schwefel-Protein es nun genau ist,
das den Prozess der Bildung dieser Komponenten in den Mitochondrien
essentiell macht und welche Funktion es erfüllt.
In seiner neuen Arbeit berichten Lill und Mitarbeiter nun über die
Entdeckung des Proteins Rli1 und seiner Funktion. Bei Untersuchungen
am Modellorganismus Hefe fand seine Gruppe in Zusammenarbeit mit der
Heidelberger Gruppe um Professor Dr. Ed Hurt heraus, dass Rli1 für die
Produktion von Ribosomen zuständig ist. Diese wiederum sind für die
"Übersetzung" der genetischen Information in Proteine verantwortlich.
"Man kann sich", so Lill, "den Prozess vereinfacht so vorstellen: So
genannte Eisen-Schwefel-Zentren werden von einer komplizierten
Assemblierungsmaschinerie unter Beteiligung der Mitochondrien gebildet
und zur Synthese des Eisen-Schwefel-Proteins Rli1 verwendet. Rli1 hat
eine Funktion bei der Bildung von Ribosomen, die wiederum Proteine
herstellen. Witzigerweise ergibt dies ein Henne- und Ei-Problem."
"Die Bedeutung dieser Vorgänge für die Evolution ist enorm", sagt
Lill. "Sowohl die Ribosomenbiogenese als auch die Herstellung der
Eisen-Schwefel-Proteine müssen bei der Entstehung des Lebens bereits
sehr früh 'erfunden' worden sein und sind offensichtlich über Rli1 eng
miteinander verknüpft!" Desweiteren müssen Mitochondrien, so der
Biochemiker weiter, "spätestens jetzt in einem anderen Licht gesehen
werden". Bis heute wurden sie meist nur als Kraftwerke der Zelle
betrachtet, da ihre bekannteste biochemische Funktion die Gewinnung
von Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) ist. Doch auch ohne
ATP lebt eine Zelle zumindest einige Zeit weiter, wenn sie etwa mit
Glukose "gefüttert" wird. "Als viel grundlegender für die Bedeutung
der Mitochondrien hat sich nun der in ihnen stattfindende Prozess der
Synthese von Eisen-Schwefel-Proteinen herausgestellt", erklärt Lill,
"denn dieser ist Voraussetzung dafür, dass Ribosomen entstehen und so
die Zelle überhaupt erst in die Lage versetzt wird, ihr genetisches
Material auszulesen."
Auch pathologische Störungen bei der Herstellung von Eisen-Schwefel
Proteinen sind bekannt. Sie äußern sich beispielsweise in einer
neurodegenerativen Krankheit namens Friedreich's Ataxie, die bei
durchschnittlich einem von 50.000 Menschen auftritt und meist zum Tod
durch - über eine Kardiomyopathie ausgelöstes - Herzversagen führt.
Die Seltenheit dieser Krankheit ist ein Hinweis auf die große
Bedeutung der Eisen-Schwefel-Proteinsynthese in Mitochondrien, denn
ein solch grundlegender Prozess muss stabil funktionieren, damit er
der evolutionären Auslese gewachsen ist.
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