Das geordnete Chaos im Zelltransport

18. Februar 2005

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Ein elektronenmikroskopischer Blick in die Zelle. Deutlich ist am unteren Rand ein Teil des Zellkerns zu sehen, sowie darüber die Membranstruktur des Golgi-Apparates, die ein wenig an gestapelte Pfannkuchen erinnert. Der Reaktionsraum ist etwa zwei Tausendstel Millimeter groß, umgeben ist er von winzigen Transportvesikeln. [weniger]

© Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

Der Golgi-Apparat ist ein Zellorganell, ein Membran umschlossener Teilbereich der Zelle (Kompartiment), das meist in der Nähe des Kerns zu finden ist und quasi aus Membranstapeln besteht. In diesem Reaktionsraum werden zum einen die vom endoplasmatischen Retikulum abgesonderten Produkte stufenweise chemisch abgewandelt, andererseits wird eine Vielzahl anderer Moleküle zu den verschiedensten Bereichen in der Zelle gelenkt. Im Prinzip ist der Golgi-Apparat vergleichbar mit einer Verteilerstelle, die die Post - in diesem Fall bestimmte Moleküle - mit Boten in die einzelnen Haushalte schickt. Als Postboten fungieren dabei winzige Membranbläschen, von den Forschern Vesikel genannt, die ihre Fracht aufnehmen, sich ablösen und auf den Weg machen.

Um zu gewährleisten, dass sie den richtigen Weg einschlagen und bei der Verteilung in verschiedene Richtungen kein Chaos eintritt, muss freilich der Transport innerhalb des Golgi-Apparates genauestens koordiniert sein. Als Postboten oder Paketwagen dienen hier so genannte COPI-Vesikel. Sie übernehmen sowohl den internen Golgi-Transport als auch den Transport zurück zum endoplasmatischen Retikulum. Unklar war bisher allerdings, wie diese Transportrichtungen bestimmt und gelenkt werden.

Um diese Frage zu beantworten, nahmen die Dresdner Max-Planck-Forscher zwei molekulare Kandidaten ins Visier: die Proteine p115 und CASP. Sie gehören zur Familie der Golgine und spielen vermutlich eine Rolle als Rezeptoren, also als Andockstellen für die COPI-Vesikel am Golgi-Apparat. Sind diese Andockstellen genauso spezifisch wie Name und Adresse eines Postempfängers und damit eindeutig vom Postzusteller zu identifizieren? Landen in diesem "Briefkasten" nur bestimmte "Briefe"? Die Wissenschaftler ersannen ein entsprechendes Testverfahren: Sie koppelten die Proteine jeweils separat an eine Glasoberfläche, in diesem Fall an Objektträger, und konnten auf diese Weise mit jedem der beiden Proteine Subpopulationen von Vesikeln quasi herausfischen, die sich hinsichtlich ihrer zu befördernden Fracht klar voneinander unterschieden. Darüber hinaus konnten die Forscher beweisen, dass eine der identifizierten Subpopulationen das rückläufige Recycling von Enzymen aus dem Golgi-Apparat vermittelt.

Viele wichtige Funktionen von Zellen, angefangen von der Aufrechterhaltung der spezifischen Zusammensetzung von Membrankompartimenten bis hin zur Reizübertragung durch Nervenzellen werden durch zielgerichteten vesikulären Transport vermittelt. Ein Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist daher in der Zellbiologie von herausragender Bedeutung.