Die Übersetzung des genetischen Codes in Proteine gehört zu den zentralen Vorgängen des Lebens. Dies geschieht im Ribosom, einem riesigen Molekül, das aus zwei Untereinheiten besteht. Wie am Fließband werden hier Aminosäuren zu langen Ketten zusammengesetzt. Einer interdisziplinären Forschergruppe der Goethe-Universität, des EMBL in Heidelberg und des Genzentrums der LMU München ist es jetzt gelungen, die Struktur eines zentralen Akteurs in diesem Prozess aufzuklären: Das Protein mit dem Spitznamen „Eiserner Hammer“ spaltet die beiden Untereineinheiten des Ribosoms, wenn die Proteinkette fertig ist, damit die Produktion eines neuen Proteins beginnen kann.
Dass die beiden Untereinheiten des Ribosoms nach Fertigstellung des Proteins aktiv gespalten werden müssen, fand in der Forschung lange Zeit keine Beachtung. Zentraler Akteur in diesem Prozess des „ribosomalen Recyclings“ ist das essentielle und hoch dynamische Metalloenyzm ABCE1. Der so genannte „Eiserne Hammer“ (benannt nach einer einzigartigen Eisenschwefelcluster-Domäne) von ABCE1 führt dabei eine Drehbewegung aus, die die ribosomalen Untereinheiten auseinanderdrückt.
Um das herauszufinden, hat die Forschergruppe von Prof. Robert Tampé am Institut für Biochemie der Goethe-Universität eine neuartige Präparationsmethode angewendet, mit der sie einen Komplex aus der kleineren Untereinheit des Ribosoms mit ABCE1 (Post-Spaltungs Komplex) aus Proben isolierte. Der Komplex wurde chemisch fixiert und in Stücke geschnitten, wobei die ursprüngliche Abstandsinformation erhalten blieb.
Am EMBL in Heidelberg nutzten die Forscher fortschrittlichste Massenspektrometrie, um die Struktur dieser klein gehäckselten Stücke auf der Nanometer-Skala zu analysieren und miteinander in Bezug zu setzen. Schließlich untersuchte die Gruppe in München den rekonstruierten Komplex mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie. Aus zahlreichen zweidimensionalen Bildern konnte sie ein 3D-Modell des Post-Spaltungs-Komplexes mit fest gebundenem ABCE1 rekonstruieren.
„Wir haben das rebellische und aggressive Multi-Domänen Enzym ABCE1 in einen neuen Zustand auf dem Ribosom gezwungen und durch die geballte Expertise von drei Instituten das Lehrbuchwissen für kommende Generationen von Studierenden erweitert“, fasst Prof. Robert Tampé die Bedeutung des Ergebnisses zusammen.
Publikation: Kristin Kiosze-Becker, Alessandro Ori, Milan Gerovac, André Heuer, Elina Nürenberg-Goloub, Umar Jan Rashid, Thomas Becker, Roland Beckmann, Martin Beck & Robert Tampé (2016): Structure of the Ribosome Post-Recycling Complex Probed by Chemical Cross-Linking and Mass Spectrometry. Nature Communications, doi: 10.1038/NCOMMS13248
