Mitochondrien-Reste leisten Aufbauarbeit für Basisprozesse

Der Parasit Mikrosporidium ist so sehr aufs Wesentliche reduziert, dass er sogar den Atem anhält – aber er schafft es noch, Werkteile zusammenzuschmieden, die er unbedingt für die Basisprozesse des Lebens braucht. So lässt sich umschreiben, was Zellforscherinnen und Zellforscher um Professor Dr. Roland Lill von der Philipps-Universität Marburg herausgefunden haben, als sie Zellbestandteile der Parasiten untersuchten, die ihre Funktion größtenteils verloren haben. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Marburg, Mülheim und Großbritannien berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift  „Nature Communications“.

Die Immunofuoreszenzmikroskop-Aufnahme zeigt Mikrosporidien der Art Trachipleistophora hominis in kultivierten Nierenzellen; die Hüllmembran der Parasiten sind rot gefärbt, Mitosomen leuchten grün, die DNA der Zellkerne erscheint blau. (Foto: Alina V. Goldberg)

Mikrosporidien sind einzellige Pilze, die als Parasiten in anderen Zellen leben. Sie befallen zum Beispiel Katzen, aber auch immungeschwächte Patienten mit AIDS. Die Einzeller sind in ihrer funktionellen Ausstattung stark reduziert, weil sie viele wichtige Moleküle, die sie zum Leben brauchen, von der Wirtszelle beziehen.

Unter anderem besitzen Mikrosporidien keine richtigen Mitochondrien, das sind Zellbestandteile, die normalerweise für die Zellatmung und die Herstellung des molekularen Energieträgers ATP zuständig sind. Die Mitochondrien-Überbleibsel der Parasiten, die Mitosomen, erfüllen diese Funktion nicht mehr, da sie ATP vom Wirt aufnehmen. Wozu braucht der Einzeller sie dann?

„Wir haben in unserer Arbeit direkt nachgewiesen, dass der Zusammenbau von Eisen-Schwefel-Verbindungen als der wesentliche Zweck von Mitosomen zu betrachten ist“, sagt Seniorautor Roland Lill. Er und sein Team fanden in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Dr. Martin Embley aus Newcastle in den Mitosomen eine Reihe von Proteinen, die auch bei den klassischen Mitochondrien dem Zusammenbau von Eisen-Schwefel-Verbindungen dienen. Diese Moleküle finden sich in vielen Enzymen, die an lebenswichtigen Vorgängen beteiligt sind, wie zum Beispiel an der Replikation und der Reparatur des Erbmoleküls DNA. Bisher war indes nicht nachgewiesen worden, ob die Mikrosporidien-Proteine dieselbe Funktion wie ihre Mitochondrien-Pendants erfüllen.

Um das herauszufinden, gewannen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Proteine in Reinform, mischten sie im Reagenzglas zusammen und fügten elementares Eisen, eine Schwefelquelle sowie einen Energiespender hinzu. Mit Erfolg: „Wir beobachteten eine schnelle und effiziente Bildung von Eisen-Schwefel-Clustern“, berichtet Mitverfasser Sven-Andreas Freibert, der in der Arbeitsgruppe von Roland Lill seine Doktorarbeit anfertigte.

„Unseren Befunden zufolge hat das Mitosom die Funktion, die Reifung essentieller Eisen-Schwefel-Proteine im Zellkern und im Cytosol zu unterstützen“, fasst Lill zusammen. Mitosomen enthalten den vollständigen Satz von Enzymen, der für die Biosynthese von Eisen-Schwefel-Clustern benötigt wird – er entspricht der Enzym-Ausstattung echter Hefe-Mitochondrien. „Offenbar  besteht ein starker Selektionsdruck gegen die Veränderung oder gar den Verlust dieses Stoffwechselweges“, folgern die Autorinnen und Autoren.

Professor Dr. Roland Lill lehrt Zellbiologie am Fachbereich Medizin der Philipps-Universität Marburg. Er ist Träger des Leibnizpreises und erhielt Anfang 2016 eine Förderung durch das Reinhart-Koselleck-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Neben der DFG förderten unter anderem das „LOEWE“-Programm des Landes Hessen, die Max-Planck-Gesellschaft sowie die „Von Behring-Röntgen-Stiftung“ die vorliegende Arbeit finanziell.

Originalpublikationen: Sven-A. Freibert, Alina V. Goldberg & al.: Evolutionary conservation and in vitro reconstitution of microsporidian iron-sulfur cluster biosynthesis, Nature Communications 2017

Weitere Informationen:

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

·         Pressemitteilung zur Reinhart-Koselleck-Förderung für Roland Lill : www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2016a/koselleckprojektlill

·         Hintergrundbericht zur Marburger Zellforschung im Marburger Unijournal : www.uni-marburg.de/aktuelles/unijournal/uj46/muj46fj2015.pdf