Per Anhalter durch die Membran

Studie zeigt, dass ein wichtiger Membrantransportweg in die Zelle – die Clathrin-vermittelte Endozytose – Proteine sortiert, Lipide jedoch nicht. Lipide nutzen dafür andere Wege.

Die Clathrin-vermittelte Endozytose ist ein wichtiger Transportweg für Proteine hinein in die Zelle. Bei diesem Prozess nehmen Zellen außerhalb der Zelle befindliche Moleküle durch Einstülpung der Plasmamembran und die Bildung sehr kleiner Vesikel (mit einem Durchmesser von etwa 100 nm) auf. Dieser Vorgang wird durch das Protein Clathrin vermittelt. Proteine können über diesen Transportweg selektiv weitergeleitet werden, damit sie ihren richtigen Bestimmungsort innerhalb der Zelle erreichen. Es ist jedoch noch ungeklärt, ob Lipide auf ähnliche Weise sortiert werden.

Um dies herauszufinden, haben Forschungsteams des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), des Biotechnologischen Zentrums der TU Dresden (BIOTEC) und des Zentrums für Systembiologie Dresden (CSBD) zusammengearbeitet. Ihre in „Nature Cell Biology“ veröffentlichte Studie kombiniert hochauflösende STED-Bildgebung (Stimulated Emission Depletion) von bifunktionellen Membranlipiden mit mathematischer Modellierung. Die STED-Mikroskopie ist eine Fluoreszenzmikroskopietechnik, die die Beugungsgrenze der Lichtmikroskopie überwindet und durch die Deaktivierung ausgewählter Fluorophore Bilder in Superauflösung erzeugt. Bifunktionelle Lipide (Lipide mit zwei chemischen Modifikationen) dienen als Werkzeuge zur Visualisierung von Lipiden in Zellen mittels mikroskopischer Techniken wie STED. 

Die Erstautorin der Studie, Mathilda Lennartz, eine ehemalige Postdoktorandin in der Gruppe von André Nadler am MPI-CBG, sagt: "Wir haben zehn verschiedene Lipidarten untersucht und deren Aufnahme durch clathrinvermittelte Endozytose verglichen. Einige der Lipide wurden etwas bevorzugter in die Zelle transportiert als andere. Wir haben festgestellt, dass dieser Effekt hauptsächlich auf die Anordnung der Lipide in der Membran zurückzuführen ist. Einige Lipide richten sich eher zur Innenseite der Zelle aus, während sich andere an der Außenseite ansammeln. Diese Asymmetrie führt zusammen mit der Form der Einstülpungen der Plasmamembran letztendlich zu einer leichten Präferenz bei der Aufnahme von Lipiden, die zur Innenseite der Membran liegen."

Die leitenden Autoren, André Nadler und Alf Honigmann (BIOTEC), erklären die Ergebnisse: "Wir haben beobachtet, dass die Menge der transportierten Lipide durch ihre asymmetrische Verteilung in der Membran bestimmt wird. Die von uns gemessenen Unterschiede bei der Aufnahme verschiedener Lipide sind jedoch sehr gering. Wir gehen daher davon aus, dass die Zelle die Clathrin-vermittelte Endozytose tatsächlich hauptsächlich zur Sortierung von Proteinen und nicht von Lipiden nutzt, während Lipide über andere Wege wie beispielsweise nicht-vesikuläre Transportwege sortiert werden. Damit kann die Zelle zwei Prozesse voneinander trennen, die logistisch ohnehin schon sehr kompliziert sind: die Sortierung von Proteinen und die Sortierung von Lipiden."

Diese neue Methode zur Quantifizierung von Lipiden in komplexen Zellstrukturen, bei der hochauflösende STED-Bildgebung und mathematische Modellierung kombiniert werden, wird Forschenden helfen, besser zu verstehen, wie Membranen organisiert sind und wie sich Lipide in der Zelle bewegen.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner

Prof. Alf Honigmann
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