Viren als Baumeister komplexer Proteine - PNAS-Studie zum Ursprung der Tandem-Kaliumkanäle
Forschende der TU Darmstadt und der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg haben gemeinsam mit internationalen Partnern in einem Algenvirus ein Gen für einen Tandem-Kaliumkanal entdeckt. Der Fund stützt die Annahme, dass Riesenviren wesentlich zur Evolution komplexer Proteine beigetragen haben. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) erschienen.
Die sogenannten Tandem-Kaliumkanäle erfüllen in der Physiologie des Menschen wichtige Funktionen. Aufgrund ihrer Fähigkeit Kaliumionen (K+) durch die Zellmembran leiten zu können, stabilisieren sie unter anderem das Membranpotential und regeln so die elektrische Erregbarkeit von Nervenzellen. In ihrer Struktur weisen sie gegenüber allen anderen Kaliumkanälen eine Besonderheit auf, indem jeweils zwei ihrer vier porenbildenden Untereinheiten direkt miteinander verbunden sind; aus dieser tandemartigen Verbindung der Untereinheiten leitet sich ihr Name ab.
Anders als für alle anderen Typen von Kaliumkanälen gibt es für die Tandem-Kaliumkanäle keine Vorläufer in Bakterien, was in der Vergangenheit Fragen bezüglich ihres evolutionären Ursprungs aufgeworfen hat. In einem neu erschienenen Artikel in PNAS berichtet nun ein internationales Team unter Beteiligung von Forschenden des Fachbereichs Biologie der TU Darmstadt und des Fachbereichs Angewandte Naturwissenschaften der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) über ein Virus, das marine Algen infiziert, und dessen Erbgut ein Gen für einen Tandem-Kaliumkanal enthält. „Unsere Experimente belegen, dass dieses Gen für ein Protein mit den funktionellen Eigenschaften eines Kaliumkanals kodiert“, berichtet Dr. Oliver Rauh, der als Wissenschaftler im DFG-Forschungsverbund „CytoTransport“ an der H-BRS arbeitet.
Die Autoren der Studie haben darüber hinaus die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen dem neu entdeckten Virus-Kanal und bereits bekannten Tandem-Kaliumkanälen untersucht und dabei eine verblüffende Entdeckung gemacht: anders als für die meisten Virus-Gene angenommen, ist das neu entdeckte Kaliumkanal-Gen nicht durch Diebstahl aus dem Erbgut des Wirts im Virusgenom gelandet. Vielmehr scheint das Gen viralen Ursprungs zu sein. „Dieser Befund unterstreicht einmal mehr eine neue Sichtweise, nach der die riesigen Mimi-Viren, zu denen das genannte Virus zählt, eine zentrale Rolle in der Evolution von Proteinen höherer Organismen gespielt haben“, betont Professor Gerhard Thiel vom Fachbereich Biologie der TU Darmstadt. Die Ergebnisse der Studie unterstreichen ferner, dass diese Viren reichhaltige Quellen für sehr interessante Proteine sind. So wurde in demselben Virus von anderen Forschenden bereits ein lichtgesteuerter Ionenkanal entdeckt, der in der kürzlich mit dem Nobelpreis gewürdigten Optogenetik Verwendung findet.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Gerhard Thiel
thiel@bio.tu-darmstadt.de
Originalpublikation:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2626158123
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