Eine neue Studie zeigt, wie sich Zellmembranen krümmen, um die “Münder” zu bilden, die es den Zellen ermöglichen, Dinge zu konsumieren, die sie umgeben.
„So wie unsere Essgewohnheiten im Grunde alles in unserem Körper beeinflussen, ist die Art und Weise, wie Zellen ‚essen‘, für die Gesundheit der Zellen von Bedeutung“, sagte Comert Kural, außerordentlicher Professor für Physik an der Ohio State University und Hauptautor der Studie. “Und Wissenschaftler haben bis jetzt nicht verstanden, wie das passiert ist.”
Die Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Entwicklungszelle, fanden heraus, dass sich die interzelluläre Maschinerie einer Zelle zu einer stark gekrümmten korbähnlichen Struktur zusammenfügt, die schließlich zu einem geschlossenen Käfig wächst. Wissenschaftler hatten zuvor geglaubt, dass die Struktur als flaches Gitter begann.
Die Membrankrümmung ist wichtig, sagte Kural: Sie kontrolliert die Bildung der Taschen, die Substanzen in und aus einer Zelle transportieren.
Die Taschen fangen Substanzen um die Zelle herum ein, bilden sich um die extrazellulären Substanzen herum, bevor sie sich in Bläschen verwandeln – kleine Bläschen, die ein Millionstel der Größe eines roten Blutkörperchens sind. Vesikel transportieren wichtige Dinge für die Gesundheit einer Zelle – zum Beispiel Proteine – in die Zelle. Sie können aber auch von Krankheitserregern gekapert werden, die Zellen infizieren können.
Aber die Frage, wie sich diese Taschen aus Membranen gebildet haben, die zuvor für flach gehalten wurden, hat die Forscher fast 40 Jahre lang behindert.
“Es war eine Kontroverse in zellulären Studien”, sagte Kural. „Und wir konnten mit superauflösender Fluoreszenz-Bildgebung tatsächlich beobachten, wie sich diese Taschen in lebenden Zellen bilden, und so konnten wir die Frage beantworten, wie sie entstehen.
„Einfach gesagt, im Gegensatz zu den vorherigen Studien haben wir hochauflösende Filme von Zellen gemacht, anstatt Schnappschüsse zu machen“, sagte Kural. „Unsere Experimente haben gezeigt, dass Proteingerüste beginnen, die darunter liegende Membran zu verformen, sobald sie an den Orten der Vesikelbildung rekrutiert werden.“
Dies stehe im Gegensatz zu früheren Hypothesen, dass die Proteingerüste einer Zelle eine energieintensive Reorganisation durchlaufen müssten, damit sich die Membran krümme, sagte Kural.
Die Art und Weise, wie Zellen Vesikel verbrauchen und ausscheiden, spielt eine Schlüsselrolle für lebende Organismen. Der Prozess hilft, schlechtes Cholesterin aus dem Blut zu entfernen; es überträgt auch neuronale Signale. Es ist bekannt, dass der Prozess bei mehreren Krankheiten abbricht, darunter Krebs und Alzheimer Erkrankung.
„Es ist wichtig, den Ursprung und die Dynamik membrangebundener Vesikel zu verstehen – sie können zur Abgabe von Medikamenten für medizinische Zwecke verwendet werden, aber gleichzeitig von Krankheitserregern wie Viren entführt werden, um in Zellen einzudringen und diese zu infizieren“, sagte Kural. „Unsere Ergebnisse sind wichtig, nicht nur für unser Verständnis der Grundlagen des Lebens, sondern auch für die Entwicklung besserer therapeutischer Strategien.“
Bezug: “De novo endozytische Clathrinhüllen entwickeln in frühen Stadien ihrer Bildung eine Krümmung“ von Nathan M. Willy, Joshua P. Ferguson, Ata Akatay, Scott Huber, Umidahan Djakbarova, Salih Silahli, Cemal Cakez, Farah Hasan, Henry C. Chang, Alex Travesset, Siyu Li, Roya Zandi, Dong Li, Eric Betzig, Emanuele Cocucci und Comert Kural, 12. November 2021, Entwicklungszelle.
DOI: 10.1016/j.devcel.2021.10.019
Emanuele Cocucci, Assistenzprofessor am College of Pharmacy des Ohio State, hat diese Studie zusammen mit Forschern der UC Berkeley, der UC Riverside, der Iowa State University, der Purdue University und der Chinese Academy of Sciences mitverfasst.