{"id":72180,"date":"2020-03-09T06:41:25","date_gmt":"2020-03-09T05:41:25","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fwie-enzyme-zuckerbaeume-bauen.html"},"modified":"2020-03-06T13:55:41","modified_gmt":"2020-03-06T12:55:41","slug":"wie-enzyme-zuckerbaeume-bauen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wie-enzyme-zuckerbaeume-bauen\/","title":{"rendered":"Wie Enzyme Zuckerb\u00e4ume bauen"},"content":{"rendered":"

Forschende kl\u00e4rten erstmals mithilfe der Kryo-\u200bElektronenmikroskopie die Struktur und Funktion eines kleinen, in Zellmembranen steckenden Enzyms auf. Dieses baut komplexe Strukturen aus Zuckermolek\u00fclen auf. Die Erkenntnisse k\u00f6nnten die Entwicklung neuer proteinbasierter Medikamente beschleunigen.<\/strong><\/p>\n

Viele Membranproteine werden in Zellen h\u00f6herer Lebewesen mit komplexen Strukturen aus Zuckermolek\u00fclen, sogenannten Glykanen, best\u00fcckt. Diese molekularen Zuckerb\u00e4umchen sind nicht nur \u00e4usserst vielf\u00e4ltig, sondern auch charakteristisch f\u00fcr den jeweiligen Organismus, einen Zelltyp oder dessen Differenzierunsgrad. Unterschiedliche Glykane sind zum Beispiel auch der Schl\u00fcssel zu den unterschiedlichen Blutgruppen beim Menschen.<\/p>\n

Eine besondere Klasse der Glykane sind mit Lipiden verkn\u00fcpfte Zuckermolek\u00fcle: Lipid-\u200bgebundene Oligosaccharide. Diese bestehen aus einem Fettmolek\u00fcl, das in der Zellmembran verankert ist, und einem Zuckerteil, der entweder ins Innere von Zellorganellen oder in den Zellaussenraum ragt.<\/p>\n

Forscher der ETH Z\u00fcrich, der Universit\u00e4t Bern sowie der Universit\u00e4t Chicago haben nun die Struktur eines der Enzyme aufgekl\u00e4rt, welche f\u00fcr den Aufbau der Lipid-\u200bgebundenen Oligosaccharide \u00a0verantwortlich sind. Die entsprechende Studie ist in der j\u00fcngsten Ausgabe des Fachmagazins Nature erschienen.<\/p>\n

Modulare Architektur von Proteinen<\/h3>\n

Das gefundene Enzym namens ALG6 ist Mitglied einer ganzen \u00dcberfamilie von Enzymen, welche die Forscher als Glykosyltransferasen der Kategorie C bezeichnen. Sie sitzen in Zellmembranen und koppeln einfachere Zuckermolek\u00fcle an andere Zucker, um Zuckerb\u00e4umchen aufzubauen. Sie verkn\u00fcpfen zudem Zuckermolek\u00fcle und sogar ganze Zuckerb\u00e4umchen mit Proteinen. Damit \u00fcbernimmt diese Enzymfamilie mehrere biologische Schl\u00fcsselrollen, und zwar in allen m\u00f6glichen Organismen von Bakterien \u00fcber Pilze bis hin zu hochentwickelten S\u00e4ugetieren.<\/p>\n

F\u00fcr Biologen war diese Enzym\u00fcberfamilie lange ein R\u00e4tsel, da die Strukturen der einzelnen Familienmitglieder kaum Gemeinsamkeiten aufweisen. Der einzige gemeinsame Nenner war, dass es sich um Membranproteine handelt, welche Zucker von einem Molek\u00fcl auf ein anderes transferieren und dass die f\u00fcr den Transfer verwendeten Zucker immer an Lipide gekn\u00fcpft sind.<\/p>\n

Mit Hilfe der Struktur von ALG6 fand die von ETH-\u200bProfessor Kaspar Locher angef\u00fchrte Gruppe nun heraus, dass die Mitglieder dieser Enzymfamilie modular aufgebaut sind. Es scheint, als ob die ALG6 und seine Verwandten aus einem Modul, dessen Struktur in der Entwicklungsgeschichte erhalten blieb, sowie aus einem zweiten strukturell variablen Modul bestehen.<\/p>\n

\"Schema
Schema des Biosynthesewegs f\u00fcr Lipid-\u200bgebundene Oligosaccharide. Enzymnamen werden oberhalb der Reaktionspfeile beschrieben, die ben\u00f6tigten Substrate darunter. ALG6 ist in roter Schrift hervorgehoben. (Grafik: ETH Z\u00fcrich \/ Jo\u00ebl Bloch)<\/figcaption><\/figure>\n

\u00abWir vermuten, dass es der modulare Aufbau den Enzymen erm\u00f6glichte, sich in \u00a0verschiedene Richtungen zu entwickeln und somit ein weites Spektrum an verschiedenen Substraten zu erschliessen und umzusetzen\u00bb, sagt Jo\u00ebl Bloch, Doktorand in Lochers Gruppe und Erstautor der Studie.<\/p>\n

Die Forschungsergebnisse erkl\u00e4ren erstmals den Mechanismus dieser Enzymfamilie. \u00abDies hat weitreichende Auswirkungen f\u00fcr die Zellbiologie sowie f\u00fcr die Herstellung therapeutischer Substanzen, die auf der Zuckerbiologie beruhen\u00bb, so der ETH-\u200bDoktorand. Insbesondere die Herstellung von massgeschneiderten therapeutischen Antik\u00f6rpern, an denen die Pharmaindustrie stark interessiert ist, k\u00f6nnten von den neuen Erkenntnissen profitieren.<\/p>\n

Rekord in der Kryo-\u200bElektronenmikroskopie<\/h3>\n

Die Forschenden sehen ihre Resultate zudem als Durchbruch in der Aufkl\u00e4rung von Molek\u00fclstrukturen von Proteinen mittels Kryo-\u200bElektronenmikroskopie (Kryo-\u200bEM). Die bahnbrechende Technologie, f\u00fcr welche 2017 der Chemienobelpreis unter anderen an den Waadtl\u00e4nder Jacques Dubochet vergeben wurde, hat sich zur wichtigsten Methode bei der Strukturaufkl\u00e4rung von grossen Molek\u00fclkomplexen gemausert. Die hochaufl\u00f6sende Strukturaufkl\u00e4rung kleiner Proteine, insbesondere von solchen, die in Membranen eingebettet sind, gelang damit hingegen nicht. Der Grund:\u00a0die Mikroskopie-\u200bDaten von kleinen gemessenen Partikeln verunm\u00f6glichen pr\u00e4zise strukturelle Berechnungen in der Strukturaufkl\u00e4rung.<\/p>\n

Die ETH-\u200bForscher haben dieses Problem in Zusammenarbeit mit einer Forschungsgruppe der Universit\u00e4t Chicago nun l\u00f6sen k\u00f6nnen. In Zusammenarbeit mit den dortigen Forschern stellten sie einen synthetischen Antik\u00f6rper her, welcher an ALG6 bindet. Dieser Antik\u00f6rper erh\u00f6hte das Gewicht des Enzyms ALG6 so, dass dessen Struktur mithilfe der Kryo-\u200bEM hochaufgel\u00f6st aufgekl\u00e4rt werden konnte.<\/p>\n

\u00abDie auf diese Weise erzielte Aufl\u00f6sung ist aktuell der Weltrekord bei der Strukturaufl\u00f6sung eines membrangebundenen Komplexes dieser Gr\u00f6sse\u00bb, sagt Kaspar Locher nicht ohne Stolz. Diese Weiterentwicklung der Kryo-\u200bEM werde es vielen anderen Wissenschaftlern erm\u00f6glichen, Strukturen von kleinen Membranproteinen aufzukl\u00e4ren. \u00abDadurch wird die Wissenschaft rasch Fortschritte erzielen bei der Untersuchung von Membranproteinen, die mit einer Vielzahl von Krankheiten in Verbindung stehen\u00bb, betont der ETH-\u200bProfessor.<\/p>\n

Ein chemo-\u200benzymatischer Baukasten<\/h3>\n

Damit nicht genug: In Zusammenarbeit mit Chemikern der Universit\u00e4t Bern entwickelten die ETH-\u200bForschenden Synthesemethoden, mit denen sie hochkomplexe Lipid-\u200bgebundene Oligosaccharide im Labor herstellen konnten. Mit herk\u00f6mmlichen Synthesen der organischen Chemie war dies bisher nicht m\u00f6glich.<\/p>\n

\"Links:
Links: Kryo-\u200bEM Bild von ALG6-\u200bAntik\u00f6rper-Partikeln. Rechts: 2D-\u200bKlassen von gemittelter ALG6-\u200bFab Partikel. (Grafik: ETH Z\u00fcrich \/ Jo\u00ebl Bloch)<\/figcaption><\/figure>\n

Dies wiederum bot den Forschenden neue Einblicke in den essenziellen Stoffwechselweg der Biosynthese von Lipid-\u200bgebundenen Oligosacchariden. Die Wissenschaftler k\u00f6nnen nun besser erkl\u00e4ren, wie Zellen komplexe Glykane herstellen. \u00abDies ist ein Meilenstein in der Glykobiologie, der k\u00fcnftig f\u00fcr die Herstellung von Zucker-\u200bProtein-Verbindungen bedeutend sein k\u00f6nnte\u00bb, sagt Locher.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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