„Informationen zur Struktur des COPII-Komplexes lagen bis jetzt nur für Teile des Komplexes vor“, erklärt Bacia. „Wir mussten einen neuen Ansatz wählen, um die gesamte Struktur im membranverankerten Zustand zu entschlüsseln.“

Dafür isolierte die Gruppe zelleigene Proteine und kombinierte sie mit künstlich hergestellten, besonders großflächigen Membranen. Das genutzte Herstellungsverfahren nennt sich ‚in vitro Rekonstitution'. So können Funktion und Struktur unabhängig von der Komplexität vollständiger biologischer Zellen untersucht werden. Die eigentliche Strukturaufklärung erfolgte an länglich geformten, COPII-umhüllten Transportvesikeln. Es wird vermutet, dass solche länglich geformten eiweißumhüllte Membranbläschen in der Zelle dem Transport von länglichen Proteinen, wie einer Vorstufe des Kollagens, dienen.

Die korrekte Funktion des COPII-vermittelten Transports ist für pflanzliche, tierische und menschliche Zellen genauso lebensnotwendig wie für Hefezellen. „Mit dem Wissen um die räumliche Struktur des membranverankerten COPII-Komplexes lässt sich der Transportvorgang besser verstehen und weiter erforschen. Das erleichtert das Verständnis von Krankheiten, die auf Fehlfunktionen im COPII-Vesikeltransport zurückzuführen sind“, so Bacia.

Die Arbeiten an den COPII-Transportvesikeln hat die Biochemikerin bereits als Postdoktorandin bei Randy Schekman an der Berkeley Universität, Kalifornien (USA) begonnen. Schekman wurde am 10. Dezember 2013 in Stockholm gemeinsam mit James Rothman und Thomas Südhof mit dem diesjährigen Nobelpreis für Physiologie/Medizin ausgezeichnet. Seit 2009 setzt Bacia ihre Arbeit in Halle mit ihrer Nachwuchsgruppe fort.

Die Nachwuchsgruppe „Biophysikalische Chemie von Membranen“ um Bacia gehört zum Zentrum für Innovationskompetenz HALOmem, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird und eine interdisziplinäre wissenschaftliche Einrichtung an der MLU ist. Die Wissenschaftler des HALOmen erforschen den räumlichen Aufbau und die Funktionsweise von Membranproteinen.

Die Aufklärung war das Ergebnis einer internationalen Kooperation. Eine Arbeitsgruppe des Kooperationspartners Dr. John Briggs (European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg) erstellte Kryo-Elektronentomographieaufnahmen von den Proben. Dr. Giulia Zanetti (University of California, Berkeley, USA und Birkbeck University, London, UK) gelang es, aus diesen Daten die Struktur zu berechnen.



Weitere Informationen: elife

http://elife.elifesciences.org



The structure of the COPII transport-vesicle coat assembled on membranes

Giulia Zanetti, Simone Prinz, Sebastian Daum, Annette Meister, Randy Schekman, Kirsten Bacia, John AG Briggs, eLife (2013), 2:e00951, http://dx.doi.org/10.7554/eLife.00951 (open access)



Multibudded tubules formed by COPII on artificial liposomes

Kirsten Bacia, Eugene Futai, Simone Prinz, Annette Meister, Sebastian Daum, Daniela Glatte, John AG Briggs, Randy Schekman, Sci. Rep. (2011), 1:17, http://dx.doi.org/10.1038/srep00017 (open access)

Quelle: MLU