Zelluläres Fine-Tuning

Aminosäuren als Signalmoleküle: Interaktionen aufgeklärt

Systemmedizin mTor GlioPath MAPTor-Net

Aminosäuren sind wichtige Signalmoleküle, die den zellulären und organismischen Metabolismus beeinflussen können - die molekularen Targets sind bisher jedoch noch nicht identifiziert. In dieser systemmedizinischen Studie wurden nun die molekularen Interaktionen und die diversen zellulären Funktionen von Aminosäuren aufgeklärt. 

Highlight aus dem e:Med Newsletter:

Aminosäuren sind nicht nur essentielle Bausteine für Proteine, sondern fungieren auch als Signalmoleküle. Als solche aktivieren sie den zellulären Stoffwechsel, aber begünstigen so auch die Malignität von Krebs. Eine zentrale Komponente im Signalnetzwerk der Aminosäuren ist die Proteinkinase mTOR (mammalian Target of Rapamycin), die das Zellwachstum und die Zellteilung fördert. Können Aminosäuren weitere Schalterproteine - über mTOR hinaus - beeinflussen, um den Zellmetabolismus zu regulieren? Diese zentrale Frage untersuchten die e:Med Wissenschaftler um Professor Kathrin Thedieck, Dr. Sascha Schäuble und Dr. Daryl Shanley (MAPTor-NET und GlioPATH).

Die Wissenschaftler kombinierten Laborexperimente mit dynamischer in silico Modellierung des Aminosäure-Signalnetzwerks, sowie Proteomik mit automatisierter linguistischer Literaturanalyse. Die Ergebnisse zeigen, dass neben dem bekannten Zielmolekül mTOR auch andere Signalproteine, nämlich Klasse I Phosphatidylinositidkinasen (PI3K) und der Energiesensor AMP-dependent kinase (AMPK), durch Aminosäuren aktiviert werden und dass somit der Einfluss von Aminosäuren weitreichender ist, als bislang angenommen.
Eines dieser neu entdeckten Targets, AMPK, wird meist als Gegenspieler zu mTOR angesehen, weil die beiden Kinasen den Prozess der Autophagie gegenläufig beeinflussen. Die Autoren der vorliegenden Studie fanden heraus, dass AMPK und mTOR in Gegenwart von Aminosäuren gemeinsam aktiv sind, sodass Autophagie und Proteinbiosynthese zu gleicher Zeit stattfinden können. Autophagie ist ein zentraler Prozess zum Abbau von Makromolekülen und erlaubt damit nicht nur die Entfernung defekter Zellkomponenten, sondern ist ebenso wichtig, um Metabolite zur Verfügung zu stellen, die für den Aufbau von neuen Makromolekülen, wie z.B. Proteinen, und für Überleben und Wachstum von Zellen gebraucht werden.
Die Forschungsergebnisse von Dalle Pezze et al. machen die vielfältige zelluläre Funktion von Aminosäuren deutlich und zeigen, wie komplexe Signalnetzwerke mit Hilfe von Modellierung und Laborexperimenten detailliert entschlüsselt werden können.


Originalpublikation:

Dalle Pezze, P., Ruf, S., Sonntag, A.G., Langelaar-Makkinje, M., Hall, P., Heberle, A.M., Navas, P.R., van Eunen, K., Tölle, R.C., Schwarz, J.J., Wiese, H., Warscheid, B., Deitersen, J., Stork, B., Fäßler, E., Schäuble, S., Hahn, U., Horvatovich, P., Shanley, D.P., Thedieck, K., 2016. A systems study reveals concurrent activation of AMPK and mTOR by amino acids. Nat Commun 7, 13254. doi.org/10.1038/ncomms13254

 

Contact:

Prof. Kathrin Thedieck, Demonstrator MAPTor-Net und Juniorverbund GlioPATH
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
kathrin.thedieck@uni-oldenburg.de

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