Ein Protein, das sich selber kopiert

Lange galten sie als eine Verirrung der Biologie: Amyloide. Das sind fasrige Zusammenlagerungen aus kurzen Proteinst¨¹ckchen. Ihren schlechten Ruf haben Amyloide deshalb, weil sie als Ursache von zahlreichen neurodegenerativen Erkrankungen, darunter Alzheimer, Parkinson oder Creutzfeldt-Jakob-Krankheit gelten.

Erst in der j¨¹ngeren Vergangenheit erkannten Forschende , dass Amyloide als strukturelle und funktionelle Bausteine in sehr vielen Lebensformen von Bakterien ¨¹ber Hefezelle und andere Pilze bis zum Menschen vorkommen. So spielen sie bei Wirbeltieren eine Rolle in der Produktion des Pigments Melanin, und Hefezellen bilden mit Amyloid-Aggregaten eine Art molekulares Ged?chtnis.

Katalysatoren in der pr?biotischen Evolution

Da Amyloidfasern, die aus kurzen Peptiden zusammengesetzt sind, ?hnlich wie Enzyme chemische Reaktionen beschleunigen k?nnen, werden sie seit ein paar Jahren als Kandidaten f¨¹r die ersten Vorl?ufermolek¨¹le des Lebens gehandelt. Allerdings: F¨¹r diese Ursprungsrolle der Amyloide fehlte bislang der Nachweis einer wichtigen chemischen Eigenschaft: jener der Selbstvervielf?ltigung.

Zu den fr¨¹hen Verfechtern der so genannten ?Amyloid-Hypothese? geh?ren ETH-Professor Roland Riek und sein Oberassistent Jason Greenwald vom Laboratorium f¨¹r Physikalische Chemie. In einem Experiment konnten sie nun zeigen, dass Amyloide als chemische Vorlage f¨¹r die Synthese von kurzen Peptiden dienen k?nnen. Entscheidend dabei ist: ?Diese F?higkeit gilt potenziell auch f¨¹r die Amyloide selbst ¨C die Molek¨¹le k?nnen sich also selber vervielf?ltigen?, sagt Roland Riek. ?ber ihre Resultate berichten die Forscher in einer Studie in externe Seite Nature Communications.

Schablone f¨¹r die Selbstkopie

Die Eigenschaft, sich selber zu vermehren, gilt als unverzichtbare Voraussetzung f¨¹r jegliche Fr¨¹hform von Leben. Mit dem nun erbrachten Nachweis der Selbstreplikation bei Amyloiden zeigen Riek und sein Team nicht nur eine weitere verbl¨¹ffende Facette dieser gemeinhin untersch?tzten Proteine auf, sondern liefern auch ein weiteres Bindeglied, das bisher in der Argumentationskette der Amyloid-Hypothese fehlte.

Wohl keine reine ?RNA-Welt?

Die bislang weitverbreitetste Idee f¨¹r die molekularen Anf?nge des Lebens ist jedoch die ?RNA-Hypothese?. Sie sieht ausschliesslich Ribonukleins?uren (RNA) als entscheidende Akteure in der pr?biotischen Ursuppe. Dies weil RNA-Molek¨¹le ?hnlich wie die Erbsubstanz DNA Information kodieren k?nnen, dar¨¹ber hinaus aber zur Selbstreplikation f?hig sind.

Am vorherrschenden Dogma der ?RNA-Welt? kratzen nun die ETH-Forscher. Ihrer Ansicht nach ist die Amyloid-Hypothese n?mlich plausibler. Dies einerseits, weil RNA-Molek¨¹le mit einer biologischen Funktion ungleich viel gr?sser und komplexer sind, so dass sie sich unter pr?biotischen Bedingungen kaum spontan bilden k?nnen. ?Andererseits sind Amyloide deutlich stabiler als fr¨¹he Nukleins?urepolymere, und sie haben einen viel einfacheren abiotischen Syntheseweg verglichen mit der Komplexit?t bekannter katalytischer RNAs?, sagt Greenwald.

Riek f¨¹gt an: ?Beweisen, welche ?Welt? die wahre ist, werden wir nat¨¹rlich nie k?nnen ¨C daf¨¹r m¨¹ssten wir die letzten 4 bis 4,5 Milliarden Jahre Evolution zur¨¹ckdrehen. Wir gehen aber ohnehin davon aus, dass nicht eine einzige, sondern mehrere molekulare ?Welten? mit verschiedenen Vorl?ufermolek¨¹len an der Entstehung des Lebens beteiligt waren.?