Proteinhomöostase

Proteinhomöostase, auch Proteostasis genannt, bezeichnet die Gesamtheit der zellulären Mechanismen, die sicherstellen, dass Proteine in der richtigen Menge, am richtigen Ort, in der richtigen Faltungsform und zu passenden Zeiten vorhanden sind. Sie umfasst Proteinbiosynthese, Faltung, Transport, Qualitätskontrollen sowie den Abbau fehlgefalteter oder überflüssiger Proteine.

Zentrale Komponenten sind Molekül-Chaperone wie Hsp70, Hsp90, Hsp60 und verschiedene kleine Hitzeschockproteine, die neu synthetisierte Polypeptide falten, stabilisieren oder umformen. Der Abbau defekter Proteine erfolgt über das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) und die Autophagie-lysosomale Pathway; größere Aggregate werden durch Makroautophagie eliminiert. Im Endoplasmatischen Retikulum sorgt der ER-assoziierte Abbau (ERAD) für den Abtransport fehlgefalteter sekretorischer Proteine, während der unfolded protein response (UPR) die Chaperonexpression erhöht und die Proteinsynthese bei Stress anpasst.

Proteinhomöostase ist ein netzwerkartiges System, das in Cytosol, Nukleus, ER und Mitochondrien wirkt. Sie wird durch Umwelt- und oxidativen Stress, Mutationen und Alter beeinflusst. Störungen dieses Netzwerks können Proteinablagerungen, Funktionsverluste und Zelltod verursachen.

Störungen der Proteinhomöostase stehen im Zusammenhang mit zahlreichen Erkrankungen, insbesondere neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer- oder Parkinson-Krankheit, sowie mit Muskelerkrankungen und cystischer Fibrose. Mit dem Alter verringert sich die Kapazität des Proteostasen-Netzwerks. Forschungsbemühungen zielen darauf ab, Proteostase zu stabilisieren, etwa durch chemische Chaperones, Stimulation von Autophagie oder Verstärkung der Proteasomaktivität.