Wie Eisen zum Eiweiß findet

Marburger Wissenschaftler und ihr internationales Team haben herausgefunden, wie das Spurenelement Eisen an seine Zielorte in der Zelle gelangt. Die Enzyme Glutaredoxin 3 und 4 (Grx3/4), die für die innerzelluläre Eisenverteilung verantwortlich sind, kommen bei allen Organismen vor, die aus Zellen mit echtem Kern bestehen – also bei einzelligen Pilzen ebenso wie bei Pflanzen, Tieren und beim Menschen. Das berichtet das Team um Professor Dr. Roland Lill von der Philipps-Universität in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Cell Metabolism“, die am 6. Oktober 2010 erscheint.

Bändermodell eines Glutaredoxin-Moleküls (Quelle: Jawahar Swaminathan / EMBL-EBI)

Ohne Eisen kein Leben: Das Metall ist ein unverzichtbarer Bestandteil vieler lebenswichtiger Verbindungen; beispielsweise sorgt es im Blutfarbstoff Hämoglobin dafür, dass Sauerstoff gebunden werden kann. Bislang wusste man nicht, wie Eisen innerhalb der Zelle dorthin transportiert wird, wo es benötigt wird. Die Wissenschaftler um Lill und Dr. Ulrich Mühlenhoff nutzten Hefezellen als Modell, um die Funktion der Glutaredoxine 3 und 4 zu untersuchen. Glutaredoxine bilden eine große Proteinfamilie und können vielfältige Funktionen erfüllen, etwa als innerzelluläre Eisensensoren oder bei Reaktionen, die Elektronen von einem Molekül auf ein anderes übertragen.

Die Ergebnisse von Lill und seinen Kollegen weisen in eine bisher unbekannte Richtung: „Unsere Befunde zeigen, dass Glutaredoxin 3 und 4 eine entscheidende Rolle für den Transport von Eisen zu dessen eigentlichem Zielort innerhalb der Zelle spielen“, schreiben die Autoren. So sind die Hefezellen nicht in der Lage, eisenhaltige Proteine herzustellen, wenn Grx3/4 ausgeschaltet wird – der Grund: Das Metall kann nicht in die Eiweißverbindungen eingebaut werden, obwohl es in hoher Konzentration in der Zelle verfügbar ist.

Die Transportfunktion von Grx3/4 beruht ihrerseits auf einem Eisen-Schwefel-Zentrum, wie die Zellforscher belegen konnten. „Die zentrale Bedeutung von Grx3/4 für den innerzellulären Eisentransport könnte erklären, warum diese Proteinfamilie bei allen Organismen mit echtem Zellkern vorkommen“, vermuten die Wissenschaftler. Die Studien sind von besonderer Bedeutung, da Eisenmangel zu den häufigsten Stoffwechselerkrankungen beim Menschen gehört.

Die Zellforscher Professor Dr. Roland Lill (links) und Privatdozent Dr. Ulrich Mühlenhoff lehren an der Philipps-Universität (Foto: AG Lill)

Die Arbeitsgruppe von Roland Lill ist Teil des Forschungsschwerpunkts Molekulare und systemische Biowissenschaften an der Philipps-Universität Marburg sowie des Sonderforschungsbereiches 593 der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der „Mechanismen der zellulären Kompartimentierung und deren krankheitsrelevante Veränderungen“ studiert. Dem jüngsten Ranking der Zeitschrift „Laborjournal“ zufolge zählt der Hochschullehrer zu den dreißig meistzitierten deutschen Zellbiologen. Schon im Jahr 2003 hat er den Leibnizpreis erhalten, den am höchsten dotierten deutschen Wissenschaftspreis.

Lill gehört dem Steuerungskomitee des Marburger „LOEWE“-Zentrums für Synthetische Mikrobiologie an. Die vorliegende Forschungsarbeit wurde unter anderem durch die „Von Behring-Röntgen-Stiftung“ und die Max-Planck-Gesellschaft finanziell gefördert.

Originalveröffentlichung: Ulrich Mühlenhoff & al.: Cytosolic monothiol glutaredoxins function in intracellular iron sensing and trafficking via their bound iron-sulfur cluster, Cell Metabol. 12 (4) 2010, 373-85.

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: Professor Dr. Roland Lill,
Institut für Klinische Zytobiologie und Zytopathologie
Tel.: 06421 28- 66449
E-Mail: lill@staff.uni-marburg.de