SUMO und der Sauerstoff-Stress
Prof. Dr. Frauke Melchior
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Dr. Guillaume Bossis
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(ukg) Unsere Körperzellen sind in ständigem Stress. Nicht nur der normale Energieumsatz, auch Sonnenlicht, Chemotherapien oder Unterkühlung belasten die Zellen. Es entstehen dann schädliche Sauerstoff-Varianten, die den Stoffwechsel durcheinander bringen. Gelingt die Korrektur der Redox-Situation nicht, erleiden die Körperzellen Schaden. Ein dauerhaft veränderter Redox-Status in den Zellen wird bei Krankheiten wie Alzheimer, Arthritis, Krebserkrankungen und auch bei alten Menschen beobachtet.
Das kleine Eiweiß SUMO (Small Ubiquitin-related MOdifier) scheint Zellen zu helfen, auf Veränderungen der Redox-Situation zu reagieren. Wissenschaftler am Bereich Humanmedizin der Universität Göttingen beschreiben jetzt in der renommierten Fachzeitschrift "Molecular Cell", wie SUMO oxidativen Stress in den Zellen wahrnimmt und anti-oxidierende Reaktionen der Zellen vermittelt (Bossis G, Melchior F, Mol Cell. 2006 Feb 3).
SUMO ist ein winziges Protein, das vorübergehend an andere Proteine angeheftet wird. Das Eiweiß wirkt wie ein Schalter in unseren Körperzellen. Die Anheftung von SUMO-Proteinen an größere Proteine verändert deren Aktivität, Stabilität oder Aufenthaltsort in der Zelle. Ohne SUMO sind unsere Zellen nicht lebensfähig. Auch andere Moleküle wie Phosphate oder Methyl-Reste werden vorübergehend an Proteine geheftet und steuern dadurch deren Aktivität.
SUMO ist jedoch eines der "Jüngsten" unter den kleinen Regulatoren. Erst vor neun Jahren beschrieb Prof. Dr. Frauke Melchior mit ihren Kollegen im Labor des Scripps Research Institute in Kalifornien den "Small Ubiquitin-related MOdifier". Dies war ein "Startschuss" für eine Vielzahl von Arbeiten weltweit, die zeigen, dass SUMO hunderte von Eiweißen in unseren Körperzellen reguliert. Die verschiedenen SUMO-Zielproteine sind beteiligt an zellulären Vorgängen wie der Transkription, intrazellulärem Transport, DNA-Reparatur, DNA-Replikation und Zell-Zell-Kommunikation.
Das Team um Frauke Melchior wusste bereits, dass "SUMOylierungen" (das Anheften von SUMO) die Aktivität und den Aufenthaltsort vieler Proteine in der Zelle verändern. Wenn Stress-bedingt zuviel reaktiver Sauerstoff in den Zellen vorkommt, reagieren diese mit "DeSUMOylierung" - dem Abspalten von SUMO-Proteinen von den Zielproteinen. Besonders solche Proteine werden sehr schnell deSUMOyliert, die eine zentrale Rolle bei der Antwort auf oxidativen Stress spielen. Hierzu gehören die Transkriptionsfaktoren c-Fos und c-Jun.
Um zu klären, wie es zu der Sauerstoff-vermittelten DeSUMOylierung kommt, untersuchten Dr. Guillaume Bossis und Professorin Frauke Melchior die unmittelbare Reaktion der SUMOylierungs- Maschine auf die reaktive Sauerstoff-Variante Wasserstoff-Peroxid. Es zeigte sich, dass der reaktive Sauerstoff unmittelbar mit SUMO-anheftenden Enzymen reagiert und dadurch Anheftung von SUMO an seine Zielproteine verhindert. Diese Hemmung ist allerdings umkehrbar, so dass nach Beseitigung der reaktiven Sauerstoff-Spezies Zielproteine wieder SUMOyliert werden.
Nur wenige Proteine werden nach dem heutigen Kenntnisstand unmittelbar durch Wasserstoff-Peroxid reguliert. Zu dieser Gruppe gehören offenbar auch SUMO-anheftende Enzyme: Unter dem Einfluss von Wasserstoff-Peroxid bilden sich spezifische Disulfidbrücken zwischen zwei Enzymen, wodurch diese inaktivert werden. DeSUMOylierungen überwiegen dann vorübergehend gegenüber SUMOylierungen. Transkriptionsfaktoren wie c-Fos und c-Jun werden vorübergehend aktiviert und vermitteln in dieser Zeit die zelluläre Antwort auf den oxidativen Stress. Es ist möglich, dass die umkehrbare Hemmung der SUMOylierung parallel oder ergänzend zu der umkehrbaren Hemmung von Phosphatasen den Zellen erlaubt, Signale von außen in den Zellkern zu vermitteln, wo die Aktivität von Ziel-Genen gesteuert wird.
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