Forscher untersuchten Wirkung von mechanischem Stress auf Zellen
Wissenschafter aus der Schweiz und Frankreich haben mithilfe der Kryoelektronen-Mikroskopie beobachtet, wie Zellen Druck und mechanischem Stress standhalten. Die in der Zeitschrift "Nature" veröffentlichte Studie zeigt, dass je nach Bedingungen kleine Membranbereiche verschiedene Lipide stabilisieren können, um spezifische Reaktionen auszulösen.
Zellen sind von einer Membran - der Plasmamembran - umgeben, die als physische Barriere fungiert, aber formbar sein muss. Ein Team der Universität Genf (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Freiburg und dem Institut für Strukturbiologie in Grenoble in Frankreich untersucht, wie die Bestandteile dieser Membran miteinander interagieren, damit ihre biophysikalischen Eigenschaften optimal bleiben.
Kryoelektronen-Mikroskopie machte es möglich
"Bisher war es uns mit den verfügbaren Techniken nicht möglich, die Lipide in ihrer natürlichen Umgebung innerhalb der Membranen zu untersuchen. Dank des Dubochet Center for Imaging der Universitäten Genf, Lausanne, Bern und der EPFL konnten wir diese Herausforderung mithilfe der Kryoelektronen-Mikroskopie bewältigen", erklärt Robbie Loewith, ordentlicher Professor an der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie der UNIGE.
Mit dieser Technik können Proben bei minus 200 Grad Celsius eingefroren werden, um die Membranen in ihrem ursprünglichen Zustand einzufangen und unter dem Elektronenmikroskop zu betrachten. Die Wissenschafter verwendeten dazu die Backhefe (Saccharomyces cerevisiae), einen Modellorganismus, bei dem die meisten grundlegenden zellulären Prozesse denen höherer Organismen ähnlich sind.
Diese Studie konzentrierte sich auf die Eisosomen, Proteikomlexe in den Zellmembranen von Hefen. Diese Eisosomen sind in der Lage, Proteine und Lipide abzusondern oder einzulagern. Damit helfen sie, den Zellen, Membranschäden zu widerstehen und/oder sie zu signalisieren, und zwar nach bisher unbekannten Prozessen.
Studie enthüllt molekularen Mechanismus
Die Wissenschafter beobachteten, dass die Lipidorganisation dieser Mikrodomänen als Reaktion auf mechanischen Stress verändert wird. "Wir haben herausgefunden, dass wenn das Proteinnetzwerk des Eisosoms gedehnt wird - zum Beispiel durch mechanischen Druck - die komplexe Anordnung der Lipide in den Mikrodomänen verändert wird", wird Jennifer Kefauver, Erstautorin der Studie, zitiert.
Die Studie enthülle einen molekularen Mechanismus, durch den mechanischer Stress über Protein-Lipid-Wechselwirkungen in biochemische Signale umgewandelt werden kann, und zwar mit einer bisher nicht gekannten Präzision, lautet das Fazit der UNIGE. Diese Arbeit eröffne Wege zur Untersuchung der entscheidenden Rolle der Membrankompartimentierung bei der Reaktion auf verschiedene Stressarten, denen Zellen ausgesetzt sein könnten.