Proteasomen sind lebenswichtige Proteinkomplexe, die in Zellen beschädigte oder nicht mehr benötigte Proteine abbauen. Mit hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) gelang es dem Team um Prof. Petra Wendler von der Universität Potsdam und Prof. Jürgen Dohmen von der Universität zu Köln, die Strukturen von sechs frühen Proteasom-Vorstufen in Hefe zu erfassen – darunter bisher unbekannte Zwischenstufen.
Die neuen Daten zeigen, dass das Proteasom über zwei unterschiedliche Wege montiert werden kann, die sich in der Reihenfolge der eingebauten Beta-Untereinheiten unterscheiden. Anders als bisher gedacht, läuft die Montage nicht in einem starren, linearen Programm ab, sondern nutzt mehrere alternative Wege. „Das war eine Überraschung“, sagt Prof. Wendler. „Ein aktives Proteasom ist aus 28 einzelnen Proteinen aufgebaut. Wir konnten nachweisen, dass die Aktivität-vermittelnden Untereinheiten Beta 1 und Beta 5 unabhängig voneinander in den Komplex eintreten können – ein Hinweis auf eine flexible Proteasombiogenese, die so nicht zu erwarten war.“
Die Studie enthüllt zudem, wie Chaperon-Proteine den Montageprozess steuern. Der Begriff Chaperon bezeichnet eine bestimmte Art von Proteinen, die das Heranreifen anderer Proteine unterstützen, unerwünschte Kontakte unterbinden und Fehler korrigieren. Sie spielen eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung und Alterung von Zellen. Diese Arbeit zeigt, dass ein bisher unbekannter Chaperon-Abschnitt auf molekularer Ebene die zentrale Pore des reifenden Proteasoms offen hält. Er wird erst nach der letzten Reifungsstufe freigegeben, um sicherzustellen, dass der Komplex erst dann aktiviert wird, wenn er vollständig zusammengebaut ist.
„Die Montage des Proteasoms ist ein präzises choreografiertes Geschehen“, erklärt Prof. Jürgen Dohmen. „Unsere Arbeit zeigt, wie strukturelle Veränderungen bei Chaperonen und proteasomalen Untereinheiten exakt koordiniert sind, um sicherzustellen, dass das Proteasom korrekt zusammengebaut und erst dann aktiviert wird, wenn alle Komponenten ihren korrekten Platz eingenommen haben.“
Diese Erkenntnisse haben weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der zellulären Proteinqualitätskontrolle, des Alterns und von Krankheiten wie Krebs oder neurodegenerativen Erkrankungen. Sie eröffnen zudem neue Wege für die Entwicklung gezielter Medikamente, die die Proteasombiogenese beeinflussen.
Die Publikation zählt laut der Redaktion von Nature Communications zu den besten 50 Arbeiten, die kürzlich im Bereich „Strukturbiologie, Biochemie und Biophysik“ erschienen sind und wurde daher als Editors’ Highlight (https://www.nature.com/ncomms/editorshighlights) ausgezeichnet. Die Arbeiten und die Untersuchungen mit dem Kryo-Elektronenmikroskop wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Universität Potsdam
Originalpublikation:
Eric Mark, Paula C. Ramos, Maria M. Nunes, Ana C. Matias, R. Jürgen Dohmen, Petra Wendler, 2026, Structural transitions in the stepwise assembly of proteasome core particles, Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-026-70525-w
