Dresden - Wissenschaftler der TU Dresden haben herausgefunden, wie Zellen auf Insulin reagieren. Bisher war bekannt, dass das Insulin durch Rezeptoren an der Zelloberfläche ein Signal weiterleitet. Das Forscherteam konnte eine Gestaltsänderung der Rezeptoren wahrnehmen. Laut Studie weisen die Rezeptoren zunächst eine "U" Struktur auf. Bindet sich Insulin an, organisiert sich der Rezeptor zu einer "T" Struktur neu.

Für das Projekt hatten Autoren des Paul Langerhans Instituts Dresden des Helmholtz Zentrum München am Universitätsklinikum Carl Gustav Carus der TU Dresden mit Kollegen der New Yorker Rockefeller University zusammengearbeitet. Das Hormon Insulin steuert sowohl den Stoffwechsel als auch das Wachstum. Ist diese Funktion gestört, kann das zu schweren Krankheiten wie Diabetes Mellitus oder Krebs führen. Die biologischen Wirkungen des Hormons werden durch ein passendes Protein auf der Zelloberfläche vermittelt - den sogenannten Insulinrezeptor.

"Um Einblicke in die Rezeptoraktivierung zu erhalten, haben wir vollständige, humane Insulinrezeptoren aufgereinigt und diese in sogenannte Nanodiscs eingebtettet. Das sind wenige Nanometer große scheibenförmige Miniaturmembranen, welche dann direkt unter dem Elektronenmikrokop sichtbar gemacht werden konnten", erklärt Doktorandin Theresia Gutmann, Co-Erstautorin der Studie. "Durch die Nanodisc-Technologie konnten wir also den Insulinrezeptor in einer künstlichen Membran direkt beobachten", erklärt Dr. Ünal Coskun, Co-Seniorautor der Studie. "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 aber das Insulin, erfolgt eine dramatische Reorganisation und der Rezeptor nimmt eine T-förmige Struktur an, wodurch sich die Kinasedomänen berühren und sehr wahrscheinlich die Signalübertragung auslösen." Die Erkenntnisse bieten neue Möglichkeiten, um weitere Fragen bezüglich der Insulinrezeptoraktivierung zu beantworten und potentiell therapeutische Wirkstoffe in definierten Umgebungen zu untersuchen.

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