Neuer Schlüsselmechanismus von Zellmembranen identifiziert

Die Arbeit schließe ein wichtiges Kapitel in der Erforschung der Clathrinabhängigen Endozytose ab und sei von hoher biochemischer und biotechnologischer Relevanz in der Bekämpfung von Diabetes und Krebs. Auch in der Entwicklung von antiviralen und antibakteriellen Wirkstoffen kann dieser Vorgang neue Erkenntnisse bringen. „Dieser Mechanismus spielt eine fundamentale Rolle in der zellulären Aufnahme von Rezeptoren und Hormonen und wird von Viren und Bakterien gekapert“, erläutert Prof. Dr. Frank Noé, Computerwissenschaftler an der Freien Universität Berlin. Gemeinsam mit Prof. Dr. Volker Haucke, Biochemiker am FMP, leitete er die Studie.

Der Schlüssel zum Erfolg sei die Kombination aus Hochleistungs-Computersimulationen, hochauflösender Mikroskopie und zellbiologischen Methoden gewesen. „Zellen kommunizieren miteinander und mit ihrer Umgebung mithilfe von Rezeptoren auf ihrer Oberfläche“, erklärt Noé weiter. Die Veränderung der Anzahl bestimmter Rezeptoren an der Zellmembran beeinflusse die Schwelle, oberhalb derer eine Zelle ein bestimmtes Signal wahrnimmt. Manche Rezeptoren müssen sogar ins Zellinnere aufgenommen werden, um die richtige Zellantwort auszulösen. Die Frage, die sich die Wissenschaftler nun stellten, war, mit welchem Mechanismus solche Rezeptoren von der Zellmembran entfernt und in die Zelle aufgenommen werden können. Eine Möglichkeit sei das Sammeln in Paketen, die entsprechende Membranstelle einzustülpen und in das Zellinnere abzuschnüren – Clathrinrabhängige Endozytose (CME). „Es ist, als würde man einen Ballon aus einem Tuch formen, es entsteht damit ein sogenanntes Vesikel“, so Haucke.

Molekül zur Einstülpung der Membran

Es sei bereits im Detail bekannt, welche Moleküle die Membranausstülpung bilden und die Abschnürung bewirken. Den Wissenschaftlern um Noé und Haucke ist es nun gelungen festzustellen, welches Molekül die Membraneinstülpung verengt, bevor sie abgeschnitten werden kann: SNX9. Zunächst machten die Wissenschaftler das Molekül-Signal aus, das die Membranverengung initiiert. „Es stellte sich heraus, dass sich im Prozess der Membraneinstülpung nicht nur die Form der Membran verändert, sondern auch deren Zusammensetzung“, erklärt einer der Erstautoren der Studie, Dr. Johannes Schöneberg. Während des Wachsens der Membraneinstülpung reicherten sich immer mehr Moleküle eines bestimmten Lipids an.

Daraufhin testeten die Wissenschaftler verschiedene Moleküle, die für diesen Prozess in Frage kämen. SNX9 war das Schlüsselmolekül, welches am stärksten auf die Veränderung der Membranzusammensetzung reagiert. Nach der Identifizierung konnte das Molekül mit Fluoreszenzfarbstoffen sichtbar gemacht werden. Dadurch verfolgten die Wissenschaftler seinen Weg, während die Zelle die Einstülpung produziert. SNX9 erreicht die Membran genau in dem Moment, wenn die Verengung der Einstülpung geschehen soll – bevor sie abgeschnitten wird und damit ein Vesikel entstehen kann.