Mitochondrial kodierte Peptide: Humanin, MOTS-c und die Abgrenzung zu SS-31

Mitochondrien besitzen ein eigenes, winziges Genom: rund 16.500 Basenpaare, die für 13 Proteine, 22 Transfer-RNAs und zwei ribosomale RNAs kodieren. Lange galt dieser Katalog als vollständig. Seit Anfang der 2000er-Jahre ist bekannt, dass in den Genen für ribosomale RNA zusätzlich kurze Leseraster verborgen sind, die für Peptide kodieren. Diese mitochondrial kodierten Peptide sind ein junges Forschungsfeld. Dieser Beitrag stellt die beiden bekanntesten vor und grenzt sie von SS-31 ab, das im selben Umfeld untersucht wird, aber eine völlig andere Herkunft hat.

Humanin: das erste seiner Art

Humanin wurde 2001 bei einer Suche nach Genen beschrieben, die Nervenzellen in Kulturmodellen vor bestimmten Schädigungen schützen. Das kodierende Leseraster liegt im Gen der großen ribosomalen RNA der Mitochondrien (16S rRNA, Gen MT-RNR2). Eine Besonderheit: Je nachdem, ob das Peptid mit dem genetischen Code der Mitochondrien oder dem des Zellplasmas abgelesen wird, entsteht eine Kette von 21 oder 24 Aminosäuren. In der Forschung wird überwiegend die 24-Reste-Form verwendet.

Wir führen Humanin als Referenzmaterial mit der Sequenz MAPRGFSCLLLLTSEIDLPVKRRA, der Summenformel C119H204N34O32S2 und einer Molekülmasse von 2687,22 g/mol. Die Sequenz zeigt drei Bereiche: einen N-terminalen Abschnitt mit Methionin und Prolin, eine hydrophobe Mitte mit vier aufeinanderfolgenden Leucinen und einen stark basischen C-Terminus mit Lysin und zwei Argininen.

MOTS-c: aus der kleinen ribosomalen RNA

MOTS-c wurde 2015 beschrieben. Sein Leseraster liegt im Gen der kleinen ribosomalen RNA der Mitochondrien (12S rRNA, Gen MT-RNR1). Das Peptid ist mit 16 Aminosäuren kürzer als Humanin: MRWQEMGYIFYPRKLR, Summenformel C101H152N28O22S2, Molekülmasse 2174,60 g/mol. In der Literatur wird MOTS-c vor allem an Stoffwechselmodellen in Zellkultur und Tiermodellen untersucht.

Neben Humanin und MOTS-c sind weitere Kandidaten beschrieben, darunter eine Gruppe als „small humanin-like peptides“ bezeichneter Peptide aus demselben Genabschnitt wie Humanin. Die beiden Hauptvertreter stehen im Vergleich MOTS-c oder Humanin nebeneinander.

SS-31: ähnliches Feld, andere Herkunft

SS-31 wird oft in einem Atemzug mit den mitochondrialen Peptiden genannt, gehört aber in eine andere Kategorie. Es ist kein Naturstoff, sondern ein synthetisches Tetrapeptid aus einer Reihe, die nach ihren Entwicklern Szeto-Schiller-Peptide heißt: D-Arg-Dmt-Lys-Phe-NH2, mit 639,79 g/mol. Dmt steht für 2′,6′-Dimethyltyrosin, eine nicht-proteinogene Aminosäure.

Das Designprinzip ist ein Wechsel aus aromatischen und positiv geladenen Resten. Diese Anordnung lässt das Peptid Zellmembranen passieren und sich an der inneren Mitochondrienmembran anreichern, wo es mit dem Phospholipid Cardiolipin in Wechselwirkung tritt. SS-31 ist also ein Werkzeug, das auf Mitochondrien zielt — nicht eines, das aus ihnen stammt. Den Vergleich zeigt MOTS-c oder SS-31.

Material	Herkunft	Länge	Molekülmasse
Humanin	mitochondrial kodiert (MT-RNR2)	24 Aminosäuren	2687,22 g/mol
MOTS-c	mitochondrial kodiert (MT-RNR1)	16 Aminosäuren	2174,60 g/mol
SS-31	synthetisches Design	4 Aminosäuren	639,79 g/mol

Analytische Besonderheiten

Die drei Materialien stellen unterschiedliche Anforderungen:

• Humanin — Cystein und Dimere. Das Cystein an Position 8 kann mit dem Cystein eines zweiten Moleküls eine Disulfidbrücke bilden. Das Dimer hat die doppelte Masse minus 2 Da und ist in der Massenspektrometrie wie in der Größenausschlusschromatographie gut erkennbar; siehe Sequenzen mit Cystein und SEC: Aggregate nachweisen. Die Leucin-reiche Mitte fördert zudem die Aggregation in Lösung.
• MOTS-c — Oxidation. Zwei Methionine (Positionen 1 und 6) und ein Tryptophan machen MOTS-c oxidationsempfindlich. Jede Oxidation eines Methionins erhöht die Masse um 16 Da; siehe Methionin und Tryptophan als Schwachstellen.
• SS-31 — kurz, geladen, mit D-Aminosäure. Das Tetrapeptid ist synthetisch unkompliziert. Prüfpunkte sind die D-Konfiguration des Arginins, die in der Massenspektrometrie unsichtbar bleibt, und die C-terminale Amidierung.

Einen Überblick über die gesamte Materialgruppe gibt Zelluläre Forschung: Überblick über die Materialgruppe.

Research Use Only. Humanin, MOTS-c und SS-31 sind in unserem Katalog ausschließlich für die wissenschaftliche Laborforschung bestimmt. Sie sind keine Arzneimittel und nicht zur Anwendung am oder im menschlichen oder tierischen Körper bestimmt.