Ärzte Zeitung online, 02.03.2010

Zellen wissen genau wann und was sie zum Leben benötigen

DRESDEN (eb). Ist die Endozytose gestört, können Erkrankungen wie Krebs oder Morbus Huntington entstehen. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut haben deshalb mit einer neuen Methode untersucht, welche Gene an der Aufnahme von Stoffen in die Zelle beteiligt sind. Die Forscher erhoffen sich Erkenntnisse darüber, wie künftig Infektionen verhindert und Erkrankungen behandelt werden könnten.

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Zellen mit rot und grün eingefärbten Endosomen sowie markierten Zellkernen (blau). Zu sehen ist auch das berechnete 3D-Modell eines einzelnen Endosoms (kleines Bild rechts oben). © Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik, Dresden

Die neue Untersuchungsmethode offenbarte den Wissenschaftlern bislang ungeahnte Einblicke in die hoch komplizierten Prozesse, die während der Endozytose ablaufen. So haben sie entdeckt, dass der Ausfall bestimmter Gene dazu führt, dass Vesikel in der Peripherie der Zellen stecken bleiben und nicht ins Zentrum transportiert werden. Zudem werden unterschiedliche Stoffe offenbar teilweise von anderen Genen an ihr Ziel dirigiert.

Gesteuert wird die Endozytose mit Hilfe verschiedener Signalwege. Gleichzeitig nutzen die Zellen sie, um die Menge von Signalmolekülen im Innern oder in der Zellmembran anzupassen - Endozytose und Signalbahnen beeinflussen sich also gegenseitig. Alles in allem sind über 4000 Gene direkt oder indirekt an der Endozytose beteiligt.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Zellen nicht einfach drauf los futtern und mehr oder wenig beliebig Stoffe aufnehmen. Sie legen vielmehr ganz genau fest, was sie wann in welchen Mengen benötigen und wohin es in der Zelle geschafft werden soll", sagt Professor Marino Zerial, Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik.

Die enorme Anzahl an beteiligten Genen spiegelt auch die Bedeutung der Endozytose im Organismus wider. So hängt nicht nur die Bildung wichtiger Stoffwechselprodukte wie Insulin von der Endozytose ab, sondern auch Viren nutzen Endosomen, um Zellen zu infizieren. Immunzellen wiederum verschlingen Krankheitserreger und verdauen sie in Vesikeln. Gefährliche Infektionen könnten also eines Tages möglicherweise verhindert werden, wenn es gelänge, die Endozytose von Viren und Bakterien zu unterbinden.

Auch Erkrankungen wie Alzheimer oder Morbus Huntington hängen mit einem geschädigten Transportsystem in Zellen zusammen, denn schädliche Proteine können dadurch nicht mehr aus Nervenzellen entfernt werden. Wenn also die Rolle der verschiedenen Gene bei der Endozytose bekannt ist, können in Zukunft leichter Behandlungsmöglichkeiten gegen diese Erkrankungen entwickelt werden (Nature 2010, online vorab).

Die Forscher konnten exakt messen, welche Rolle Gene an einem bestimmten Ablauf in einer Zelle spielen. Dazu werteten sie Mikroskopiebilder anhand verschiedener Parameter quantitativ aus und ordneten jedem Gen eine bestimmte Funktion in dem Prozess zu. "Wir haben die Aktivität aller Gene abgetastet und abgebildet. So konnten wir von jedem Gen ein quantitatives Profil erstellen - jedes Gen erhält also quasi einen individuellen Fingerabdruck. Das gibt uns ein weitaus umfassenderes Verständnis davon, wie die verschiedenen Abläufe in der Zelle zusammen wirken. Wir sind auf dem richtigen Weg, eine "virtuelle Zelle" zu schaffen, in der wir alle Prozesse und Wechselwirkungen modellhaft verstehen", so Zerial.

Der nächste Schritt wird sein, das erfolgreich durchgeführte Screening-Programm nun an komplexeren Zellen oder mit Hilfe von Modellorganismen, in denen ein bestimmtes Krankheitsbild simuliert wird, zu testen. Dann wird sich sein wahres Potenzial vor allem für die Medikamentenentwicklung zeigen.

Zum Abstract der Originnalstudie: "Systems survey of endocytosis by multiparametric image analysis"

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