Ist der Standort alles?

Cholesterin ist ein wesentlicher Strukturbestandteil von Zellmembranen und kann dort auch als Regulator zellulärer Prozesse fungieren.

Forscher wissen seit langem, dass Cholesterin die Struktur und Funktion integraler Proteine ​​in der Plasmamembran reguliert, wie etwa Ionenkanäle und G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Cholesterin im inneren Blättchen der Plasmamembran die zelluläre Signalübertragung reguliert, indem es an Signalproteine ​​bindet. Allerdings gibt es keine Techniken, die eine ortsspezifische Kontrolle des Cholesterinspiegels ermöglichen.

In einer aktuellen Studie in derZeitschrift für Lipidforschung , Wonhwa Cho und sein Team an der University of Illinois Chicago entwickelten eine Technik zur präzisen Kontrolle des Cholesterinspiegels. Cho glaubt, dass die neue Methode der biomedizinischen Forschung zugute kommen wird, die dazu beitragen kann, die Behandlung von Cholesterin-assoziierten Krankheiten zu verbessern.

„Vor vielen Jahren haben wir entdeckt und veröffentlicht, dass Cholesterin im inneren Blättchen der Plasmamembran zelluläre Prozesse aktivieren kann, die zu Zellüberwucherung führen“, sagte Cho. „Andere haben auch über ortsspezifische Wirkungen von Cholesterin in der Zelle berichtet. Wir brauchten daher ein Werkzeug, das uns helfen kann, die ortsspezifische Funktion von Cholesterin eindeutig aufzuklären.“

Obwohl Forscher Standardmethoden wie die chemische Extraktion und Anreicherung von Cholesterin durch Methyl-Beta-Cyclodextrin und die Hemmung der Biosynthese von neuem zellulärem Cholesterin durch Statine anwenden können, ermöglichen diese Techniken keinen räumlich-zeitlichen Abbau von Cholesterin und können für die Zellen toxisch sein.

Chos Methode nutzt ein induzierbares Proteindimerisierungssystem und die cholesterinabbauenden Fähigkeiten der Cholesterinoxidase der Streptomyces-Spezies, einem Enzym, das den Abbau von Cholesterin in einem zweistufigen Prozess katalysiert. Erstens muss es an die Membran binden; dann wird Cholesterin in Cholest-4-en-3-on oder Cholestenon umgewandelt.

Die Forscher entwarfen rational eine Mutante der Cholesterinoxidase, die als WVR bezeichnet wird und eine beeinträchtigte Membranbindung ohne signifikante Veränderung der katalytischen Funktion der Cholesterinoxidase aufwies. Chos Team nutzte die WVR-Mutante, um ein System zu entwickeln, das Cholesterinoxidase als räumlich-zeitlich induzierbares Mittel zum Cholesterinabbau künstlich auf die Plasmamembran richtet.

Forscher nutzen häufig die Bildung von Proteindimeren als Reaktion auf externe Stimulation, um die Rolle von Protein-Protein-Wechselwirkungen bei Zellfunktionen zu verstehen. Das FRB-FKBP-Dimerisierungssystem verwendet Rapamycin, ein antimykotisches Antibiotikum, das gleichzeitig das FK506-Bindungsprotein und die FKBP-Rapamycin-Bindungsdomäne des Säugetierziels von Rapamycin, bekannt als FKBP bzw. FRB, binden kann, was zur Heterodimerbildung führt. Proteine ​​von Interesse können an FKBP oder FRB fusioniert werden und die Dimerisierung kann durch Zugabe von Rapamycin oder Analoga wie Rapalog induziert werden.

Chos Team konjugierte die mutierte Cholesterinoxidase an FKBP. Sie dockten die FRB-Domäne mithilfe einer kurzen Peptidsequenz, Lyn, an die Membranen an, die Proteine ​​gezielt zur Plasmamembran transportiert. Sie erreichten ein ortsspezifisches Targeting der Cholesterinoxidase durch Zugabe von Rapalog, was die Dimerisierung von FKBP-FRB und die Translokation der mutierten Cholesterinoxidase zur Plasmamembran induzierte. Der ortsspezifische Abbau von Cholesterin ermöglichte es Chos Team, die unterschiedlichen Funktionen von Cholesterin in den zytosolischen Blättchen der Plasmamembran und Lysosomen eindeutig zu bestimmen.

„Cholesterin wurde mit verschiedenen Krebsarten in Verbindung gebracht, darunter Brust- und Darmkrebs“, sagte Cho. „Unsere neuen Werkzeuge werden sehr wertvoll sein, um den mechanistischen Zusammenhang zwischen zellulärem Cholesterinspiegel und onkogenen zellulären Prozessen aufzuklären. Dies wiederum wird die Entwicklung neuer Krebsmedikamente unterstützen, die cholesterinvermittelte onkogene zelluläre Prozesse modulieren.“

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Aswathy N. Rai ist klinischer Assistenzprofessor und Bachelor-Koordinator an der Abteilung für Biochemie, Molekularbiologie, Entomologie und Pflanzenpathologie der Mississippi State University.

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