Wissenschaftler*innen des Instituts für Genetik der Universität zu Köln haben in Zusammenarbeit mit Kolleg*innen der Universität Leiden, Niederlande, eine Strategie von Bakterien entdeckt, um sich langfristig in Wirtszellen einzunisten. Die Forschenden haben herausgefunden, dass bestimmte intrazellulär lebende Bakterienarten spezielle Enzyme besitzen, die es ihnen ermöglichen, die sogenannte Ubiquitin-Markierung dauerhaft zu entfernen. Die Markierung ist ein wichtiger Schritt in der Abwehr von Bakterien. Dabei werden sie als Fremdkörper in Zellen gekennzeichnet und die Zerstörung durch das zelleigene Recyclingsystem signalisiert. Die Studie „A family of bacterial Josephin-like deubiquitinases with an irreversible cleavage mode” des Kölner Forschungsteams für Proteinevolution unter der Leitung von Prof. Kay Hofmann wurde in der Fachzeitschrift Molecular Cell veröffentlicht.

Diese bakteriellen Enzyme, sogenannte Ubiquitin-Clippasen, spalten das Ubiquitin-Molekül in zwei Teile, wobei das freigesetzte Fragment zu kurz ist, um erneut verwendet zu werden. Gleichzeitig verbleibt ein kleines Bruchstück auf dem bakteriellen Substrat und blockiert so die erneute Ubiquitinierung. Dieser Trick ermöglicht es den Bakterien, sich in der Wirtszelle häuslich einzurichten und dem Immunsystem zu entkommen.

In Zusammenarbeit mit den Kölner Strukturbiolog*innen um Prof. Ulrich Baumann gelang es, die Molekülstrukturen von mehreren bakteriellen Clippasen sowie einer eng verwandten Deubiquitinase ohne Clippase-Eigenschaften aufzuklären. Der direkte Vergleich dieser Strukturen zeigt, wie im Laufe der Evolution die Schnittstelle am Molekül verschoben und so die Änderung der Aktivität verursacht wurde.

Diese Entdeckung ist nicht nur ein Lehrstück für ein evolutionäres Wettrüsten, sondern hat auch eine praktische Anwendung bei der Erforschung des menschlichen Ubiquitin-Systems. So können z.B. Zell- oder Gewebsextrakte mit Clippasen behandelt werden, um durch Analyse der verbleibenden Bruchstücke herauszufinden, welche Proteine ursprünglich mit Ubiquitin modifiziert waren. 
 

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Veröffentlichung:
https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(25)00107-8