Durch die Höhle schleusen

Alle Zellen sind von einer Membran umgeben, die das biochemische Milieu im Innern gewährleistet und den Stoffaustausch mit der Umwelt regelt. In jeder Zellwand gibt es dafür eine Vielzahl von Transportern, die nur eine Sorte von Molekülen passieren lassen. Im Fall von Kleinstmolekülen wie beispielsweise Wasser bilden die verantwortlichen Transporter dafür winzige Poren in der Membran, die nach dem Vorgang sofort wieder verschwinden. Wie aber werden tausendfach größere Proteine durch Membranen geschleust, ohne dass dabei ein großes Leck entsteht? In einer Studie haben die Teams um Prof. Dr. Matthias Müller vom Institut für Biochemie und Molekularbiologie und dem Sonderforschungsbereich 746 sowie Prof. Dr. Bettina Warscheid vom Institut für Biologie II und dem Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg, Details über den Aufbau eines solchen Transporters für Eiweißmoleküle  herausgefunden. Ihre Ergebnisse sind im „Journal of Biological Chemistry“ erschienen.

Die Forschenden untersuchten den so genannten Tat-Transporter, der in den Zellmembranen von Bakterien vorkommt. Er schleust bestimmte Proteine, die Tat-Substrate, aus diesen heraus. Der Transporter besteht aus drei Komponenten, die als TatA, TatB und TatC bezeichnet werden. Sie sind im Ruhezustand in der Membran verteilt und verbinden sich erst zu einem gemeinsamen Transporter, wenn ein Tat-Substrat an TatC bindet. Bisher ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie genau sich die drei Komponenten zusammenschließen.

Schon in einer früheren Studie hatten die Forschenden herausgefunden, dass die chemische Substanz Dicyclohexylcarbodiimid (DCCD) den Tat-Transport blockiert. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler identifizierten nun eine ganz bestimmte Position auf TatC, die sich durch DCCD chemisch verändern lässt, wodurch wiederum der Kontakt mit dem Tat-Substrat gehemmt wird. Diese Position ist nicht auf der Oberfläche von TatC lokalisiert, sondern in dem Teil, der tief in der Membran verborgen ist. DCCD hemmt also nicht das primäre Andocken des Tat-Substrates, sondern dessen tiefes Eindringen in die Membran entlang des TatC-Moleküls. Somit konnten die Teams nachweisen, dass bei der Zusammenlagerung mehrerer TatC- und TatB-Komponenten eine Höhle entsteht, in die sich das Tat-Substrat von der einen Seite der Membran einlagert. Erst in einem nächsten, noch ungeklärten Schritt würde sich diese Höhle nach außen öffnen, wofür dann TatA benötigt wird.

Der Tat-Transporter könnte zukünftig der Entwicklung neuartiger Antibiotika dienen: Einige für den Menschen schädliche Bakterien benutzen den Tat-Transport, um Eiweißmoleküle zu exportieren, mit Hilfe derer sie den Kontakt zu den menschlichen Wirtszellen herstellen. Idealerweise sollte ein Antibiotikum nur den Stoffwechsel von Bakterien und nicht den von Patientinnen und Patienten hemmen. Da der Tat-Transporter in menschlichen Zellen nicht vorkommt, wäre er somit ein geeigneter antibiotischer Angriffspunkt.

Originalveröffentlichung:

A. S. Blümmel. F. Drepper, B. Knapp, E. Eimer, B. Warscheid, M. Müller, J. Fröbel. Structural features of the TatC membrane protein that determine docking and insertion of a twin-arginine signal peptide. J. Biol. Chem. 292, 21320 (2017). DOI: 10.1074/jbc.M117.812560