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Datum:

10.03.2010

11 Uhr 30

Muskel: Rund-um-die-Uhr-Wartung seit frühester Kindheit

17.01.10

Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Frank Luerweg,
07.01.2010

In unseren Muskeln geht es zu wie auf Deutschlands Autobahnen: Sie
werden ständig ausgebessert. Zu diesem Schluss kommen Forscher der
Universität Bonn in einer aktuellen Studie. Darin beschreiben sie
einen Mechanismus, über den der Körper rund um die Uhr defekte
Muskelbestandteile entsorgt. Vermutlich beginnen diese Abbauvorgänge
direkt, wenn die Muskeln ihre Arbeit aufnehmen. Funktionieren sie
nicht richtig, kommt es bereits im Kindesalter zu einer
fortschreitenden Muskelschwäche. Eine Störung des Abbaus könnte auch
bei älteren Menschen zu einer Beeinträchtigung der Muskelfunktion
führen. Die Arbeit erscheint in am 26. Januar in der Zeitschrift
Current Biology.

Auf der Dauerbaustelle Muskel geht es nicht gerade ökologisch korrekt
zu: Verschlissene Moleküle werden nicht etwa repariert, sondern direkt
entsorgt und durch neue ersetzt. Wenigstens gilt das für das so
genannte Filamin.

Das riesige Protein ist eine Art molekularer Kabelbinder: Es hilft den
haarfeinen Muskelfibrillen, sich untereinander zu dickeren und
kräftigeren Fasern zu vernetzen. Filamin ist elastisch. Schließlich
muss es bei jeder Muskelkontraktion mit großen Scherkräften fertig
werden. Wie eine ausgeleierte Sprungfeder kann es sich mit der Zeit
jedoch dauerhaft verformen und unbrauchbar werden.

Die Wissenschaftler um den Bonner Zellbiologen Professor Dr. Jörg
Höhfeld konnten zeigen, was dann geschieht: Zunächst heftet die
zelleigene Qualitätskontrolle an das Filamin ein Etikett mit der
Aufschrift bitte entsorgen. Danach wird das defekte Eiweiß von einer
Membran umgeben und in diesem Minimagen nach und nach verdaut.

Muskelfasern reißen schon nach kurzer Beanspruchung

Diesen Mechanismus gibt es bereits in Fruchtfliegen, aber auch in
Säugern, erklärt Höhfeld. Entscheidend für den Abbau ist ein so
genanntes Cochaperon, das in Säugetieren BAG-3 genannt wird. BAG-3
sorgt dafür, dass das bitte entsorgen-Etikett an das unbrauchbare
Filamin geheftet wird. Mäuse, denen das BAG-3 Protein fehlt, können
den defekten Kabelbinder nicht mehr abbauen. Sie leiden daher an einer
fortschreitenden Muskelschwäche.

Vergleichbares kann man bei den Fruchtfliegen beobachten. Ohne das
Cochaperon sterben die Tiere bereits im Larvenstadium. Ihre
Muskelfasern reißen schon nach kurzer Beanspruchung. Da sich die
Larven kaum bewegen können und ihre Muskeln im Mund und Darm stark
geschädigt sind, verhungern sie schließlich. Fruchtfliegen, bei denen
das Cochaperon nur teilweise fehlt, entwickeln sich noch zu
ausgewachsenen Tieren. Sie verlieren aber mit zunehmendem Alter ihre
Flugfähigkeit.

Auch in Menschen kommt BAG-3 vor. Ist das entsprechende Gen mutiert,
ist ebenfalls eine schwerwiegende Muskelschwäche die Folge. Die
betroffenen Kinder überleben meist nur wenige Jahre. Wir haben das
mutierte menschliche BAG-3 in Zellkulturen getestet, sagt Höhfelds
Mitarbeiterin Dr. Verena Arndt. Anders als die nicht mutierte
Variante ist es nicht dazu in der Lage, den Filaminabbau anzustoßen.
Das dürfte der Grund für die schweren Muskelschädigungen sein.

Bei der Entsorgung arbeitet BAG-3 mit mehreren anderen Proteinen
zusammen, darunter auch das Hitzeschockprotein 70 (Hsp70). Hsp70 zählt
zu den so genannten Chaperonen (von engl. chaperone = Anstandsdame).
Chaperone erkennen Proteine mit einer fehlerhaften dreidimensionalen
Struktur und bringen sie wieder in Form. Sie sind also eigentlich für
die Reparatur zuständig - zumindest dachte man das bis vor kurzem.

Mechanismus gegen Parkinson und Alzheimer

Die Bonner Studie ist aber ein weiterer Beweis für die These, dass
Chaperone auch die Entsorgung von Proteinmüll anregen können. In
dieselbe Richtung weisen Ergebnisse von Wissenschaftlern aus Mainz:
Sie konnten kürzlich zeigen, dass Hsp70 zusammen mit BAG-3 im Gehirn
die Entsorgung schädlicher Proteinaggregate einleitet. Ist dieser
Mechanismus gestört, können Parkinson und Alzheimer die Folge sein.
Der entdeckte Entsorgungsmechanismus ist also im Muskel und im Gehirn
äußerst wichtig.

Chaperone sind für beides zuständig: Reparatur und Abbau, betont
Jörg Höhfeld. Welchen Weg die geschädigten Proteine nehmen, hängt
wohl von den Cochaperonen ab. Und BAG-3 leitet eben den Abbau ein.
Dass in den Muskelzellen fast ausschließlich BAG-3 zum Zuge kommt, ist
wohl kein Zufall: Schon Filamin allein ist groß und komplex. Zudem
arbeitet es im Muskel eng mit zahlreichen weiteren Proteinen zusammen.
Es unter diesen Bedingungen einfach zu reparieren, ist anscheinend
unmöglich.

Höhfeld et al.: Report: Chaperone-Assisted Selective Autophagy Is
Essential for Muscle Maintenance; Current Biology, Volume 20, Issue 2

Kontakt:
Prof. Dr. Jörg Höhfeld, Institut für Zellbiologie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-5308, E-Mail: <hoehfeld@uni-bonn.de>

aus dem Newsletter Feb-2010 von Physioweb.de
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Roland Bruzek

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