Medizin am Abend Fazit:
Muskelbildung – auf die richtigen Verbindungen kommt es an
Unser Körper besitzt verschiedene Arten von Muskeln. Während der
Herzmuskel Blut durch die Gefäße pumpt, können wir mit Hilfe der
Skelettmuskeln Gewichte stemmen oder einen Marathon laufen. Durch einen
speziell angepassten Bauplan sind die einzelnen Muskeln optimal für ihre
jeweilige Funktion gerüstet.
Diese Anpassungen kommen durch verschiedene Varianten der Protein-Bausteine zustande, die die kontraktilen Muskelmaschinen bilden:
die Sarkomere.
Forscher am Max-Planck-Institut für
Biochemie haben nun anhand von Flugmuskeln der Taufliege Drosophila ein
wichtiges Prinzip entdeckt, das erklärt, wie die unterschiedlichen
Proteinvarianten in den entsprechenden Muskeln produziert werden.
Jeder Muskel besteht aus Hunderten von kontraktilen Minimaschinen, den
sogenannten Sarkomeren. Je nach Art und Eigenschaft des Muskels
unterscheiden sich diese Maschinen in ihrem molekularen Aufbau. Diese
verschiedenen Varianten der Sarkomere wirken sich auf die
Kontraktionsgeschwindigkeit oder die Kraft der Muskeln aus. Die
Flugmuskeln der Taufliege Drosophila etwa müssen extrem schnell
kontrahieren (200 Mal pro Sekunde), um ihnen das Fliegen zu ermöglichen.
Wissenschaftler um Frank Schnorrer haben dieses Fliegenmodell untersucht,
um zu klären, wie die unterschiedlichen Kompositionen der Sarkomere
zustande kommen.
„Wir konnten zunächst zeigen, dass in der schnellen Flugmuskulatur mehr
als 700 Proteine in einer anderen Variante vorlagen als in der langsamen
Beinmuskulatur“, berichtet Maria Spletter, die Erstautorin der Studie.
„Die verschiedenen Proteinvarianten bilden also Sarkomere mit
unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften.“ Was den Wissenschaftlern
besonders auffiel: oft gingen die unterschiedlichen Proteinvarianten auf
das gleiche Gen zurück. Die Gene beinhalten die Baupläne für Proteine.
Vereinfacht gesagt, wurde also der Bauplan für das spätere Protein
unterschiedlich interpretiert. Dies geschah durch einen Mechanismus, den
Forscher als „alternatives Splicing“ bezeichnen: Gene bestehen aus
mehreren kleinen Einheiten, den Exons, die von der Zelle abgeschrieben,
zusammengeklebt und dann in ein Protein übersetzt werden. Alternatives
Splicing bezeichnet das unterschiedliche Zusammenkleben von mehreren Exons
und führt so zu verschiedenen Proteinvariationen des gleichen Gens.
Bis zum Zerreißen gespannt
Doch woher weiß der Flugmuskel, welche Varianten der Proteine er nun
benötigt? In weiteren Untersuchungen identifizierten die Wissenschaftler
ein Protein mit dem Namen „Arrest“, was die richtigen Exons erkennt und
aneinanderklebt. „Wenn die Funktion von Arrest gestört ist“, so Spletter,
„werden im Flugmuskel die falschen Exon-Kombinationen zusammengeführt und
so Proteinvarianten gebildet, die sonst nur in Beinmuskeln vorkommen.“ Die
Folgen sind dramatisch: die Fliegen können nicht mehr fliegen und
schlimmer noch, ihre Flugmuskeln werden durch eine zu starke Kontraktion
sogar in Stücke gerissen.
Und auch für uns Menschen könnten diese Ergebnisse von Bedeutung sein.
„Arrest-verwandte Proteine kommen auch in den Muskeln von Säugetieren vor,
daher könnte dieser Mechanismus auch beim Menschen eine Rolle spielen“
schlägt Schnorrer die Brücke. Die Entdeckung des neuen Mechanismus‘ wirft
also weitere Fragen auf, denen sich die Forscher in Zukunft widmen werden.
Sie wollen klären, wie alternatives Splicing bei Sarkomer-Proteinen zu
einem gesunden oder kranken Muskel führt. [HS]
Originalpublikation:
M. Spletter, C. Barz, A. Yeroslaviz, C. Schönbauer, I. Ferreira, M. Sarov,
D. Gerlach, A. Stark, B. Habermann and F. Schnorrer: The RNA binding
protein Arrest (Bruno) regulates alternative splicing to enable myofibril
maturation in Drosophila flight muscle. EMBO Reports, December 22, 2014.
DOI: 10.15252/embr.201439791
Medizin am Abend DirektKontakt
Dr. Frank Schnorrer
Muskeldynamik
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
E-Mail: schnorrer@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de/schnorrer
Anja Konschak
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
Tel. +49 89 8578-2824
E-Mail: konschak@biochem.mpg.de
Muskelbildung – auf die richtigen Verbindungen kommt es an
Unser Körper besitzt verschiedene Arten von Muskeln. Während der
Herzmuskel Blut durch die Gefäße pumpt, können wir mit Hilfe der
Skelettmuskeln Gewichte stemmen oder einen Marathon laufen. Durch einen
speziell angepassten Bauplan sind die einzelnen Muskeln optimal für ihre
jeweilige Funktion gerüstet.
Diese Anpassungen kommen durch verschiedene Varianten der Protein-Bausteine zustande, die die kontraktilen Muskelmaschinen bilden:
die Sarkomere.
Forscher am Max-Planck-Institut für
Biochemie haben nun anhand von Flugmuskeln der Taufliege Drosophila ein
wichtiges Prinzip entdeckt, das erklärt, wie die unterschiedlichen
Proteinvarianten in den entsprechenden Muskeln produziert werden.
Jeder Muskel besteht aus Hunderten von kontraktilen Minimaschinen, den
sogenannten Sarkomeren. Je nach Art und Eigenschaft des Muskels
unterscheiden sich diese Maschinen in ihrem molekularen Aufbau. Diese
verschiedenen Varianten der Sarkomere wirken sich auf die
Kontraktionsgeschwindigkeit oder die Kraft der Muskeln aus. Die
Flugmuskeln der Taufliege Drosophila etwa müssen extrem schnell
kontrahieren (200 Mal pro Sekunde), um ihnen das Fliegen zu ermöglichen.
Wissenschaftler um Frank Schnorrer haben dieses Fliegenmodell untersucht,
um zu klären, wie die unterschiedlichen Kompositionen der Sarkomere
zustande kommen.
„Wir konnten zunächst zeigen, dass in der schnellen Flugmuskulatur mehr
als 700 Proteine in einer anderen Variante vorlagen als in der langsamen
Beinmuskulatur“, berichtet Maria Spletter, die Erstautorin der Studie.
„Die verschiedenen Proteinvarianten bilden also Sarkomere mit
unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften.“ Was den Wissenschaftlern
besonders auffiel: oft gingen die unterschiedlichen Proteinvarianten auf
das gleiche Gen zurück. Die Gene beinhalten die Baupläne für Proteine.
Vereinfacht gesagt, wurde also der Bauplan für das spätere Protein
unterschiedlich interpretiert. Dies geschah durch einen Mechanismus, den
Forscher als „alternatives Splicing“ bezeichnen: Gene bestehen aus
mehreren kleinen Einheiten, den Exons, die von der Zelle abgeschrieben,
zusammengeklebt und dann in ein Protein übersetzt werden. Alternatives
Splicing bezeichnet das unterschiedliche Zusammenkleben von mehreren Exons
und führt so zu verschiedenen Proteinvariationen des gleichen Gens.
Bis zum Zerreißen gespannt
Doch woher weiß der Flugmuskel, welche Varianten der Proteine er nun
benötigt? In weiteren Untersuchungen identifizierten die Wissenschaftler
ein Protein mit dem Namen „Arrest“, was die richtigen Exons erkennt und
aneinanderklebt. „Wenn die Funktion von Arrest gestört ist“, so Spletter,
„werden im Flugmuskel die falschen Exon-Kombinationen zusammengeführt und
so Proteinvarianten gebildet, die sonst nur in Beinmuskeln vorkommen.“ Die
Folgen sind dramatisch: die Fliegen können nicht mehr fliegen und
schlimmer noch, ihre Flugmuskeln werden durch eine zu starke Kontraktion
sogar in Stücke gerissen.
Und auch für uns Menschen könnten diese Ergebnisse von Bedeutung sein.
„Arrest-verwandte Proteine kommen auch in den Muskeln von Säugetieren vor,
daher könnte dieser Mechanismus auch beim Menschen eine Rolle spielen“
schlägt Schnorrer die Brücke. Die Entdeckung des neuen Mechanismus‘ wirft
also weitere Fragen auf, denen sich die Forscher in Zukunft widmen werden.
Sie wollen klären, wie alternatives Splicing bei Sarkomer-Proteinen zu
einem gesunden oder kranken Muskel führt. [HS]
Originalpublikation:
M. Spletter, C. Barz, A. Yeroslaviz, C. Schönbauer, I. Ferreira, M. Sarov,
D. Gerlach, A. Stark, B. Habermann and F. Schnorrer: The RNA binding
protein Arrest (Bruno) regulates alternative splicing to enable myofibril
maturation in Drosophila flight muscle. EMBO Reports, December 22, 2014.
DOI: 10.15252/embr.201439791
Medizin am Abend DirektKontakt
Dr. Frank Schnorrer
Muskeldynamik
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
E-Mail: schnorrer@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de/schnorrer
Anja Konschak
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
Tel. +49 89 8578-2824
E-Mail: konschak@biochem.mpg.de
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