Kasseler Forschung liefert neue Einblicke in die Evolution einer Proteinfamilie
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Pressemitteilung
Kasseler Forschung liefert neue Einblicke in die Evolution einer Proteinfamilie
Langfristig könnten diese Erkenntnisse auch für die Medizin relevant werden: Mikrobiologen der Universität Kassel haben untersucht, wie sich die Funktionen eines Proteins im Laufe der Evolution entwickelt haben. Im Mittelpunkt der Studie steht das Protein Urm1. Es gehört zu einer Gruppe von Proteinen, mit denen Zellen andere Moleküle gezielt chemisch verändern und damit deren Aktivität steuern.
Das Team um Prof. Dr. Raffael Schaffrath vom Fachgebiet Mikrobiologie an der Universität Kassel untersucht seit Jahren, wie Zellen Proteine und RNA (Ribonukleinsäure)verändern. Diese Prozesse sind entscheidend für Zellwachstum, Stressreaktionen und die Anpassung an Umweltbedingungen. Im Fokus ihrer aktuellen Arbeit steht das Protein Urm1, das zu den sogenannten Ubiquitin-ähnlichen Proteinen gehört. Diese binden gezielt an andere Proteine und verändern dadurch zum Beispiel deren Stabilität, Aktivität oder Funktion. Für Urm1 wird dieser Prozess als Urmylierung bezeichnet. Gleichzeitig ist Urm1 auch an der Modifikation bestimmter RNA-Moleküle beteiligt, die für die Proteinherstellung in der Zelle wichtig sind. Diese Prozesse benötigen Schwefel und waren vermutlich schon in den frühesten Lebewesen auf unserem Planeten entscheidend für das Überleben. Die Doppelfunktion von Urm1 macht es zu einem wichtigen Modell, um die Evolution heutiger Systeme zur Proteinmodifikation zu verstehen.
Die Kasseler Doktoranden Katharina Zupfer und Lars Kaduhr untersuchten eine Variante von Urm1 aus Archaeen experimentell in Hefezellen. Archaeen sind Mikroorganismen, die in extremen Lebensräumen existieren und evolutionär sehr früh entstanden sind. Dabei zeigte sich, dass das Archaeen-Urm1 Protein an ein hefeeigenes Protein gebunden werden kann. Es unterstützt damit also den grundlegenden Mechanismus der Urmylierung auch im fremden Umfeld einer Hefezelle. Dies ist bemerkenswert, da die Organismen Milliarden Jahre evolutionär voneinander getrennt sind. Die RNA-Modifikation mit dieser Urm1 Variante bleibt dagegen aus. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass sich die beiden Funktionen dieses Proteins im Laufe der Evolution vermutlich getrennt weiterentwickelt haben. Dabei verläuft die Modifikation von RNA durch Urm1 wahrscheinlich komplexer ab, als die Modifikation von Proteinen“, erklärt Kaduhr. „Andere Systeme für die Proteinmodifikation sind dagegen hochkomplex und stehen in Verbindung mit vielen Krankheiten im Menschen. Diese könnten sich aus dem ursprünglichen Urm1-System entwickelt haben, das also eine Art Zwischenstufe in der Evolution dieser Proteinfamilie sein könnte“, ergänzt Zupfer. „Für uns war es zu Beginn erstaunlich, dass das Archaeen-Urm1 Protein überhaupt in der Hefezelle gebildet wird und wir es so detailliert untersuchen konnten.“
Die Kasseler Forschung eröffnet durch die Trennung der Funktionen von Urm1 neue Möglichkeiten für die Forschung an einzelnen Aspekten dieses Systems und seiner Rolle in der Zelle. Die Arbeiten tragen darüber hinaus dazu bei, die Ursprünge der heute allgegenwärtigen Ubiquitin-ähnlichen Systeme besser zu verstehen. Diese spielen eine zentrale Rolle in nahezu allen Organismen, auch beim Menschen. Langfristig könnten solche Erkenntnisse auch für die Medizin relevant werden, da Störungen in der Proteinregulation an zahlreichen Erkrankungen beteiligt sind, darunter Krebs und neurodegenerative Krankheiten.
Die Arbeit entstand am Institut für Biologie der Universität Kassel in Zusammenarbeit mit Partnern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Communications Biology des Nature Portfolios veröffentlicht. Unterstützt wurde sie unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie interne Förderprogramme der Universität Kassel und B. Braun.
Link zum Paper: https://www.nature.com/articles/s42003-025-09212-3
Kontakt:
Prof. Dr. Raffael Schaffrath
Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften
Institut für Biologie – Fachgebiet Mikrobiologie
Tel.: 049 561 804-4175
E-Mail: schaffrath[at]uni-kassel[dot].de
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Dr. Andreas Gebhardt Universität Kassel Stabsstelle Kommunikation und Marketing Tel.: +49 561 804-1961 E-Mail: presse@uni-kassel.de www.uni-kassel.de
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