Dynamine

Dynamine sind Enzyme, genauer GTPasen, die in der eukaryotischen Zelle eine Form der Endozytose vermitteln. Dabei sind Dynamine vornehmlich in der Abschnürung neu gebildeter Vesikel von der Membran eines Zellkompartiments involviert. Sie spielen aber auch beim Transport des Vesikels zur und beim Verschmelzen mit der Zielmembran eine Rolle. Dabei handelt es sich üblicherweise um die Membran des Golgi-Apparates oder die Zellmembran. Weiterhin spielen Dynamine eine Rolle bei der Teilung von Zellorganellen und Cytoplasma (Cytokinese) sowie bei der Abwehr mikrobieller Pathogene. Mutationen im für Dynamin-2 codierenden Gen können beim Menschen seltene erbliche Myopathien verursachen.

Dynamine gehören zur Dynamin-Proteinsuperfamilie, welche neben den klassischen Dynaminen auch die Dynamin-ähnlichen Proteine (englisch dynamine-like proteins, DLPs), Mx-Proteine, OPAs (kurz für engl. optic atrophy), Mitofusine und Guanylat-bindenden-Proteine (GBPs) umfasst. Funktionell lassen sich die meisten eukaryotischen DLPs entweder in Membranspaltungs- oder Membranfusions-DLPs unterteilen.

Dynamin selbst ist ein 96 kDa schweres Spalt-DLP, das bei der Suche nach Mikrotubuli-bezogenen Motorproteinen im Gehirn von Rindern entdeckt wurde. Dynamin wurde im Rahmen der Clathrin-vermittelten Vesikelbildung an Zellmembranen umfassend erforscht und ist an der Clathrin-vermittelten Endozytose beteiligt. Andere Spalt-DLPs, wie DRP1 (alias Dynamin-1-like protein, DNM1L) und DRP3A, wirken auf Zellorganellen, wie Mitochondrien und Peroxisomen.

Im Gegensatz dazu verschmelzen Fusions-DLPs wie Mitofusin (MFN), OPA1 oder Atlastin (ATL) die äußere Membran der Mitochondrien, die innere Membran der Mitochondrien respektive die Membran des endoplasmatischen Retikulums. Das Fusions-DLP Fzl ist am Umbau der Thylakoidmembranen (TMs) in Chloroplasten beteiligt.

Funktion

Dynamin bildet bei der Ausstülpung eines Vesikels aus einer Membran eine spiralförmige Struktur um den Hals des abknospenden Vesikels. Angetrieben durch GTP-Hydrolyse dehnt sich die Spirale der Länge nach aus, wobei sie sich enger um den Hals des Vesikels legt. Das führt schließlich zum Abschnüren der Vesikelmembran von der Ursprungsmembran. (Bilder dazu: siehe unter Weblinks)

Die Verengung der Dynaminspirale geht zum Teil auf eine Drehbewegung des Dynamins zurück, die streng von der GTPase-Aktivität abhängig ist. Dynamin liegt als rechtsgängige Helix vor und die Drehbewegung durch GTP-Spaltung ist ebenfalls nach rechts, so dass sich die Dynaminspirale verkürzt, wie auch etwa ein Telefonkabel, das man dreht. Dynamin ist der einzige bekannte „molekulare Motor“, der eine solche Drehbewegung vollführt.

Isoformen

In Säugetieren sind drei verschiedene Dynamin-Gene bekannt: Dynamin 2 wird in den meisten Zelltypen exprimiert, Dynamin 1 findet sich in Neuronen und Neuroendokrinen Zellen und Dynamin 3 wird besonders stark in den Hoden, aber auch in Herz, Gehirn und Lungen exprimiert.

Epilepsie

Neue Studien weisen darauf hin, dass die Hemmung der Wechselwirkung zwischen Dynamin und Syndapin zur Unterbrechung der Kommunikation zwischen Nervenzellen führt. Dies könnte in Zukunft ein möglicher Angriffspunkt bei der Behandlung von Epilepsien, Gedächtnisschwund oder Schizophrenie sein.

Bakterielle DLPs

Dynamin-ähnliche proteine (DLPs) kommen auch in Bakterien, speziell in Cyanobakterien wie z.  SynDLP in Synechocystis sp. PCC 6803 vor. SynDLP könnte möglicherweise ein bakterieller Vorfahre der eukaryotischen DLPs sein.

Weblinks

Commons: Dynamins – Sammlung von Bildern und Videos

Einzelnachweise

1. J. R. Henley, H. Cao, M. A. McNiven: Participation of dynamin in the biogenesis of cytoplasmic vesicles. In: FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. Band 13 Suppl 2, Dezember 1999, S. S243–S247. PMID 10619136. (Review).
2. Jenny Hinshaw: . National institute of diabetes & digestive & kidney diseases, Laboratory of cell biochemistry and biology. Memento im Webarchiv vom 15. Oktober 2011.
3. Raul Urrutia, John R. Henley, Tiffany Cook, and Mark A. McNiven: The dynamins: Redundant or distinct functions for an expanding family of related GTPases? In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Band 94, Nr. 2, 21. Januar 1997, S. 377–384; doi:10.1073/pnas.94.2.377.
4. R. Ramachandran, S. L. Schmid: The dynamin superfamily. In: Curr. Biol., Band 28, S. R411–R416; doi:10.1016/j.cub.2017.12.013, PMID 29689225.
5. Lucas Gewehr, Benedikt Junglas, Ruven Jilly, Johannes Franz, Wenyu Eva Zhu, Tobias Weidner, Mischa Bonn, Carsten Sachse, Dirk Schneider: SynDLP is a dynamin-like protein of Synechocystis sp. PCC 6803 with eukaryotic features. In: Nature Communications, Band 14, Nr. 2156, 14. April 2023; doi:10.1038/s41467-023-37746-9. Dazu:
   • Verwandtschaft entdeckt: Membranproteine von Cyanobakterien und von höheren Organismen sind strukturell ähnlich. SynDLP könnte ein bakterieller Vorfahre von vergleichbaren Membranproteinen bei Eukaryoten sein. Auf: EruekAlert! vom 25. April 2023. Quelle: Johannes-Gutenberg-Universität Mainz.
6. Gerrit J. K. Praefcke & Harvey T. McMahon: The dynamin superfamily: Universal membrane tubulation and fission molecules? In: Nature Reviews Molecular Cell Biology, Band 5, S. 133–147, 1. Februar 2004; doi:10.1038/nrm1313. Dazu:
   • Harvey T. McMahon: . Researching Endocytic Mechanisms: Dynamin. Memento im Webarchiv vom 5. März 2012.
7. Aurélien Roux, Katherine Uyhazi, Adam Frost, Pietro De Camilli: GTP-dependent twisting of dynamin implicates constriction and tension in membrane fission. In: Nature, Band 441, Nr. 7092, 25. Mai 2006, S. 528–531; doi:10.1038/nature04718, PMID 16648839.
8. Chappie JS, Acharya S, Liu YW, Leonard M, Pucadyil TJ, Schmid SL: An intramolecular signaling element that modulates dynamin function in vitro and in vivo. In: Mol. Biol. Cell. 20. Jahrgang, Nr. 15, August 2009, S. 3561–71, doi:10.1091/mbc.E09-04-0318, PMID 19515832, PMC 2719574 (freier Volltext) – (molbiolcell.org). 
9. epilepsyaction, Juni 2006, archiviert vom Original am 15. Dezember 2007; abgerufen am 11. November 2007. 
10. Carmen Siebenaller, Dirk Schneider: Cyanobacterial membrane dynamics in the light of eukaryotic principles. In: Prtland Press: Bioscience Reports, Band 43, Nr. 2, Februar 2023, BSR20221269; doi:10.1042/BSR20221269.