Neue Membranen für zelluläres Recycling

Zellen produzieren die Hüllen der Autophagosomen vor Ort

30. Januar 2020

Es ist ein ständiger Frühjahrsputz in unseren Zellen: Das zelleigene Recyclingsystem, die sogenannte Autophagie, befüllt Müllsäcke mit zellulärem Abfall, transportiert sie zum Recyclinghof und stellt das zersetzte Material wieder zur Verfügung. Forschende vom Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Köln konnten jetzt im Modellorganismus Hefe zeigen, dass die Membran der Müllsäcke, der Autophagosomen, um den Müll herum vor Ort neu hergestellt und nicht aus schon vorhandenen Bestandteilen zusammengesetzt wird.

Die Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) ist ein idealer Modellorganismus für die Erforschung der Autophagie. Sie ist in ihrem grundlegenden Aufbau tierischen Zellen ähnlich und lässt sich sehr leicht in Kultur vermehren.

Die Selbsterneuerung von Zellen durch Autophagie ist ein zentraler Prozess im Körper. Er spielt auch bei der Alterung und vielen alternsbedingten Erkrankungen eine Rolle. Dabei gilt: Wer mehr recycelt, lebt länger. „Wenn man es schafft, die Autophagie- Maschinerie zu optimieren, könnte das die Gesundheit im Alter verbessern. Aber dafür muss man natürlich erstmal genau verstehen, wie diese funktioniert“, erklärt Martin Graef, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut. 

Daher hat sich Maximilian Schütter, Doktorand in der Forschungsgruppe von Martin Graef, genau angeschaut, wie die Müllsäcke hergestellt werden. Diese sogenannten Autophagosomen bestehen aus Phospholipid-Membranen, die sich um den zellulären Müll herum bilden und diesen dann zum Recycling weiter transportieren. Bisher war immer angenommen worden, dass schon in der Zelle vorhandene Membranen um den Müll herum zusammengefügt werden. Allerdings konnten die Forschenden jetzt zeigen, dass sich stattdessen die Membran vor Ort neu bildet. Dafür aktiviert ein Protein, das an der Membran der Autophagosomen sitzt, freie Fettsäuren und stellt sie für die Herstellung von Phospholipiden zur Verfügung, die dann wiederum in die sich ausweitende Membran eingebaut werden.

„Diese Entdeckung ist so grundlegend, dass sich nicht nur unsere Sichtweise auf die Autophagie verändert hat, sondern sich auch viele neue Forschungsansätze eröffnen“, erklärt Graef. So ist zum Beispiel bekannt, dass sich bei einer sehr fettreichen Ernährung das Recycling in den Zellen verschlechtert. „Möglicherweise haben wir dafür eine Erklärung gefunden. Da freie Fettsäuren in die Membran eingebaut werden, könnte eine veränderte Zusammensetzung der Fette durch eine entsprechende Ernährung einen direkten Einfluss auf die Autophagie haben.“

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