Die atomaren Details des Transports von Molekülen durch biologische Membranen konnte ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) aufklären. Mit Computersimulationen und spektroskopischen Experimenten gelang der Einblick in die Arbeit der sogenannten ABC-Transporter. Diese Proteine spielen eine wichtige Rolle bei Resistenzen von Tumorzellen und Bakterien gegen Medikamente. Die Forscherinnen und Forscher um Prof. Dr. Lars Schäfer und Prof. Dr. Enrica Bordignon, die im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv, zusammenarbeiten, berichten im Journal of the American Chemical Society vom 16. März 2018.

„ABC-Transporter sind faszinierende biologische Nanomaschinen“, sagt Lars Schäfer, Leiter der Arbeitsgruppe Molekulare Simulation. Diese Proteine koppeln die Bindung und chemische Spaltung von ATP-Molekülen, der chemischen Energieeinheit der Zelle, mit dem Transport von Molekülen durch biologische Membranen.

Resistenzen von Tumorzellen und Bakterien

Eine Besonderheit der ABC-Exporter ist, dass sie eine sehr breite Palette an Molekülen aus der Zelle heraus transportieren: von Lipiden über Peptide bis zu chemotherapeutischen Wirkstoffen. „Daher spielen die ABC-Exporter eine wichtige Rolle unter anderem für Multi-Drug-Resistenzen von Krebszellen und Antibiotika-Resistenz von Bakterien“, erklärt Schäfer.

Die Arbeitsgruppen von Lars Schäfer und Enrica Bordignon kombinierten detaillierte Computersimulationen mit spektroskopischen Experimenten, um den Funktionsmechanismus eines ABC-Exporters in atomarem Detail aufzuklären.

Hoffnung auf neue Therapiestrategien

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie die Bindung von ATP-Molekülen strukturelle Veränderungen im Transporter antreibt, die letztlich nötig sind, um Substratmoleküle durch die Membran hindurch zu transportieren,“ erklärt Hendrik Göddeke, der seine Doktorarbeit in der Arbeitsgruppe um Lars Schäfer anfertigt. „Wir betreiben Grundlagenforschung“, betont Enrica Bordignon, Leiterin der Arbeitsgruppe EPR-Spektroskopie. Langfristig jedoch könnten diese Erkenntnisse zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien beitragen. „Ziel wäre es, diese Prozesse gezielt zu beeinflussen beziehungsweise zu hemmen”, so Bordignon.

Förderung

Die Arbeiten wurden gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 1069) sowie der Projekte SCHA 1574/3-1 und BO 3000/1-2.

Originalveröffentlichung

Hendrik Göddeke, M. Hadi Timachi, Cedric A. J. Hutter, Laura Galazzo, Markus A. Seeger, Mikko Karttunen, Enrica Bordignon, Lars V. Schäfer: Atomistic Mechanism of Large-Scale Conformational Transition in a Heterodimeric ABC Exporter, in: Journal of the American Chemical Society, 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b12944