Proteine sind die Baustoffe und Maschinen in den Zellen von Lebewesen wie Menschen, Tieren, Pflanzen oder Pilzen. Um sie zu organisieren, laufen im Zellinneren spezialisierte Produktions- und Transportvorgänge ab. Die Vorgänge an sich sind bereits wissenschaftlich beschrieben. Yury Bykov, Zellbiologe und Juniorprofessor an der RPTU, geht jetzt einen Schritt weiter. Er will mithilfe von Hefe als Modellorganismus untersuchen, wie das komplexe Zusammenspiel in lebenden Zellen erfolgt, welches letztlich das Schicksal der Proteine bestimmt. Der Europäischen Forschungsrat (ERC) fördert die Arbeit mit einem Starting Grant, dotiert mit 1,5 Mio. Euro, plus Mitteln für ein Forschungsgerät.
Zellen sind die kleinsten Lebenseinheiten. Sie enthalten verschiedene abgegrenzte und spezialisierte Strukturen, sogenannte Organellen, die lebenswichtige Aufgaben übernehmen. Damit sie funktionstüchtig sind und Arbeitsabläufe bzw. Stoffwechselprozesse in Zellen organisieren können, benötigen sie Proteine als Baustoffe und Maschinen. Mithilfe eines ausgeklügelten Produktions- und Logistiksystems sind Zellen in der Lage, die benötigten Proteine zu synthetisieren und an ihren Bestimmungsort zu transportieren.
„Wir wissen sehr viel über die grundsätzlichen Mechanismen, die bei der Proteinbiosynthese und beim Proteintransport in Zellen ablaufen“, sagt Yury Bykov. „Allerdings wurden viele der bisherigen wissenschaftlichen Erkenntnisse in vitro, in künstlicher Umgebung außerhalb der Zelle, beschrieben. Dadurch ist das komplexe Zusammenspiel, das letztlich das Schicksal der Proteine bestimmt, noch nicht vollständig aufgeklärt.“
Welches Protein landet final an welchem Ort? Welchen Einfluss haben die verschiedenen Stadien im Lebenszyklus von Proteinen auf deren Aufenthaltsort in der Zelle? Wie sind Proteinproduktion und Proteintransport miteinander verknüpft? Diese und weitere Forschungsfragen will Bykov klären. Als Modellorganismen dient Hefe, deren Zellen vergleichsweise einfach organisiert sind. „Mittels genetischer Werkzeuge werden wir Proteine markieren, um ihren Weg nachzuverfolgen oder die Produktion von bestimmten Proteinen unterdrücken, um Rückschlüsse auf die Funktion zu ziehen – all das in lebenden Hefezellen“, erklärt der Zellbiologie.
Im Rahmen der Förderung durch den Europäischen Forschungsrat hat er zuzüglich zum ERC Starting Grant auch eine halbe Million an Fördermittel für ein hochmodernes Fluoreszenzmikroskop erhalten. Mit dieser Technik kann er gleichzeitig die intrazellulären Strukturen sowie Proteine in mehreren Hefestämmen untersuchen. „Eine weitere Methodik, die wir im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem European Molecular Biology Laboratory, kurz EMBL in Heidelberg einsetzen, ist die Kryoelektronen-Tomographie“ ergänzt Bykov. „Es handelt sich um ein bildgebendes Verfahren, das in gefrorenen Zellen kleinste biologische Strukturen dreidimensional sichtbar macht. Damit wollen wir einen genauen Blick darauf werfen, was in den Ribosomen passiert – den Zellorganellen, die eine der Hauptaufgaben bei der Proteinbiosynthese übernehmen.“
Mehr Licht in das komplexe Zusammenspiel von Synthese, Transport und Funktion von Proteinen zu bringen, ist letztlich die Grundlage dafür, Alterungsprozesse und das Auftreten von degenerativen Erkrankungen besser zu verstehen.
Im Rahmen des ERC Starting Grant wird Bykov Förderung über einen Zeitraum von fünf Jahren gefördert. Starting Grants fördern exzellente Nachwuchsforschende am Beginn einer unabhängigen Karriere. Die Mittel sind Teil des EU-Programms Horizon Europe. Der offizielle Titel des Forschungsvorhabens von Yury Bykov lautet „3-dimensional Organization and Functions of Translation in Organelle Proximity (3DTOP)“.
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Quelle Text/Bild:
RPTU
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Kaiserslautern, 06.09.2024
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