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Funktionsweise des Insulinrezeptor entschlüsselt

Bereits vor knapp 100 Jahren wurde Insulin entdeckt. Nun konnte ein deutsch-amerikanisches Forscherteam mit Beteiligung des DZD zeigen, wie das Hormon seinen Rezeptor aktiviert. Die Ergebnisse und Bilder wurden im ‚Journal of Cell Biology` veröffentlicht.

Bindet Insulin an den Insulinrezeptor, verändert dieser seine Form von einer U- in eine T-förmige Struktur. Quelle: Gutmann et al.

Insulin ist ein wichtiges Hormon für den Stoffwechsel im menschlichen Körper. Es dient vor allem dazu, Glukose aus dem Blut in die Zellen weiter zu schleusen. Das Hormon fungiert dabei quasi als Schlüssel, der die Zellen für die Glukose-Moleküle öffnet. Dazu dockt Insulin an den Insulinrezeptoren auf der Zelloberfläche an. Die Rezeptoren verändern daraufhin ihre Form auf der Zellinnenseite, um das Signal weiterzugeben. Die genaue Art der Strukturänderung war jedoch bisher unbekannt.

Um einen Einblick die Rezeptoraktivierung zu erhalten, haben die Forscherinnen und Forscher vollständige, humane Insulinrezeptoren auf gereinigt und in Nanodiscs eingebettet. Das sind wenige Nanometer große scheibenförmige Miniaturmembranen, welche direkt unter dem Elektronenmikroskop sichtbar gemacht werden konnten. So konnten sie den Insulinrezeptor in einer künstlichen Membran sowie seine Strukturänderungen beobachten.  

In Abwesenheit von Insulin weist der Rezeptor die Gestalt eines umgekehrten “U” auf und hält so die beiden Enden, die Kinasedomänen, voneinander getrennt. Bindet Insulin an den Rezeptor, erfolgt eine dramatische Reorganisation. Der Rezeptor nimmt eine T-förmige Struktur an, so dass sich die Kinasedomänen berühren. Das löst sehr wahrscheinlich die Signalübertragung aus.

„Die in Nanodiscs eingebetteten Rezeptoren bieten eine vollkommen neue Möglichkeit, um weitere Fragen bezüglich der Insulinrezeptoraktivierung zu beantworten und potentiell therapeutische Wirkstoffe in definierten Umgebungen zu untersuchen“, erklärt Dr. Ünal Coskun, Co-Seniorautor der Studie und Gruppenleiter am DZD - Paul-Langerhans-Institut Dresden des Helmholtz-Zentrums München am Universitätsklinikum und der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus der TU Dresden.

An der Studie haben Forscherinnen und Forscher des PLID und der Rockefeller University zusammengearbeitet.

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