Molekularer Schalter für die Proteinproduktion entdeckt

Die Proteinbiosynthese – der Prozess, durch den Zellen die Moleküle herstellen, die für Leben und Wachstum essenziell sind – ist ein hochkomplexer und streng regulierter Vorgang. Ein interdisziplinäres Team um den LMU-Biologen PD Dr. Jürgen Lassak hat nun einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, wie Bakterien diesen Prozess steuern. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fachmagazin Nature Communications berichten, wirkt ein Protein namens EfpL wie ein Regler, der die Proteinproduktion in Abhängigkeit vom Stoffwechsel der Zelle hochfahren oder bremsen kann.

Eine besondere Herausforderung für die Zelle bei der Proteinbiosynthese ist der Einbau des Aminosäurebausteins Prolin in das entstehende Eiweißmolekül. Aufgrund seiner starren Struktur verursacht Prolin häufig Blockaden an den Ribosomen, den „Proteinfabriken“ der Zelle. Um diese Blockaden zu überwinden, setzen alle Lebewesen auf einen bestimmten Faktor, der in Bakterien EF-P genannt wird und die Ribosomen beim Einbau von Prolin unterstützt. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun entdeckten, besitzen einige Bakterien ein mit EF-P eng verwandtes Protein namens EfpL als zusätzliches Werkzeug für die Proteinbiosynthese. Im Gegensatz zu EF-P reagiert dieses Protein jedoch auf den Stoffwechsel der Zelle und passt die Proteinsynthese durch spezifische chemische Modifikationen an die jeweiligen Erfordernisse an.

„EfpL bietet uns eine einzigartige Möglichkeit, die flexible Anpassung der bakteriellen Proteinproduktion an Umweltbedingungen zu verstehen“, erklärt Alina Sieber, die Erstautorin der Studie. „Diese Art der Regulation war bisher unbekannt, und wir haben erstmals gezeigt, dass der Stoffwechsel der Zelle die Aktivität von EfpL beeinflusst“, ergänzt Lassak. Besonders interessant sei, dass unter den Bakterien, die EfpL nutzen, viele humanpathogene Keime zu finden sind, darunter Salmonellen und Escherichia coli genauso wie die Erreger von Cholera und der Pest.

Die Autoren vermuten, dass die präzise Steuerung der Proteinproduktion durch EfpL eine effektive Anpassung an wechselnde Lebensräume ist – etwa, wenn Bakterien aus der Umwelt in einen menschlichen Wirt übergehen. Die Hemmung von EfpL könnte daher ein vielversprechender Ansatz sein, um das Wachstum solcher Erreger zu unterdrücken und so neue therapeutische Strategien zu entwickeln.

A. Sieber et al.: EF-P and its paralog EfpL (YeiP) differentially control translation of proline-containing sequences. Nature Communications 2024