Grundlagenforschung

Erstmals Insulinrezeptor bei der Arbeit beobachtet

20. Feb 2018

Knapp 100 Jahre nach der Entdeckung des Insulins konnte ein deutsch-amerikanisches Forscherteam zeigen, wie genau das Hormon seinen Rezeptor aktiviert. Die Ergebnisse und Bilder veröffentlichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun im ‚Journal of Cell Biology‘. Auf deutscher Seite waren Dresdner Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) beteiligt.

© Gutmann et al. 2018

1921 gelang es den Medizinern Frederick Grant Banting und Charles Best aus der Bauchspeicheldrüse eines Hundes einen Stoff zu gewinnen, der Diabetes von einer fast immer tödlichen zu einer behandelbaren Erkrankung gemacht hat: Insulin. Die biologische Wirkung des Hormons wird durch ein passendes Protein auf der Zelloberfläche vermittelt – den sogenannten Insulinrezeptor.

In der aktuellen Studie, knapp 100 Jahre später, konnten die Forschenden nun aufklären, wie der Rezeptor reagiert, sobald das Insulin an ihn bindet. Bisher war nur bekannt, dass Insulin die Form des Rezeptors in irgendeiner Weise verändert, um das Signal in Innere der Zelle weiterzugeben. Die Art der Strukturänderung blieb jedoch jahrzehntelang ein Rätsel, was dazu führte, dass widersprüchliche Modelle für die Aktivierung des Insulinrezeptors aufgestellt wurden.

 

Um diese Frage nun abschließend zu beantworten, nutzen die Forscher eine neue Technologie, sogenannte Nanodiscs. Das sind winzig kleine, scheibenförmige Miniaturmembranen (Nachbildungen der Zelloberfläche), in die die Forscher aufgereinigte Insulinrezeptoren einbetteten. So waren Veränderungen am Rezeptor direkt unter dem Mikroskop sichtbar.


Das Ergebnis waren neue Bilder und Einblicke in den Wirkmechanismus (siehe Abbildung): In Abwesenheit von Insulin weist der Rezeptor die Gestalt eines umgekehrten “U” auf und hält so die beiden Enden voneinander getrennt. Allerdings müssen genau diesen beiden Enden – sogenannte Kinasedomänen – für die Signalweitergabe zusammengeführt werden.

 

Bindet nun das Insulin, verformt sich der Rezeptor und nimmt eine T-förmige Struktur an, wodurch sich die Kinasedomänen berühren und die Signalübertragung auslösen, so die Autoren in einer Mitteilung. Die Ergebnisse böten die Antwort auf die seit langem bestehende Frage nach dem Mechanismus, mit dem Insulin seinen Rezeptor aktiviert. Künftig wollen die Forschenden weitere Fragen bezüglich der Insulinrezeptoraktivierung beantworten und potentiell therapeutische Wirkstoffe in definierter Umgebung untersuchen.

 

Quellen:

Gutmann, Kim et al.: Visualization of ligand-induced transmembrane signaling in the full-length human insulin receptor. Journal of Cell Biology, 2018, DOI: 10.1083/jcb.201711047

Helmholtz Zentrum München: So funktioniert der Insulinrezeptor. Pressemitteilung vom 19. Februar 2018


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