Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Struktur des zellulären Müllsacks

31.01.2014
Wenn die Müllabfuhr mal wieder streikt, stapelt sich der Müll vor der Tür und zieht Ungeziefer wie Ratten und Mäuse an.

Auch in der menschlichen Zelle muss eine molekulare Müllabfuhr alte Proteine oder defekte Zellbestandteile regelmäßig einsammeln und zu Entsorgungsstationen transportieren. Streikt jedoch die zelluläre Müllabfuhr, so können sich schwerwiegende Erkrankungen wie beispielsweise Alzheimer oder Krebs entwickeln.


Das Bild zeigt die Struktur des Autophagozytose-Gerüstes. Mit Hilfe der atomaren Kraftmikroskopie konnte das Höhenprofil des Netzes auf der künstlichen Membran sichtbar gemacht werden. Von der Membran (schwarz) ausgehend erhebt sich allmählich (gelb-rot) das Netzwerk bis zum Höhengrad, der maximalen Dicke des Netzwerks (weiß). Diese zweidimensionale Karte wurde dann auf eine Kugel projiziert, die das Autophagosom darstellen soll.
Abbildung: Thomas Wollert
Copyright: MPI für Biochemie

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München konnten jetzt klären, wie ein wichtiges Entsorgungssystem der Zelle – die Autophagozytose – im Detail funktioniert. Die Ergebnisse der Studie erschienen jetzt im Journal Cell.

Die Autophagozytose ist das Transportsystem der Zelle, welches den zellulären Abfall erkennt, verpackt, und zu zellulären Müllverbrennungsanlagen, den Lysosomen, transportiert. Somit dient die Autophagozytose vor allem dem Schutz der Zelle, indem sie verhindert, dass sich überschüssiges Material ansammelt. Ist die Autophagozytose verlangsamt oder vollständig gestoppt, können schwerwiegende Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder Krebs entstehen.

Ähnlich wie ein Müllsack den Abfall umschließt, legt sich während der Autophagozytose eine Membran um den zellulären Müll. Dieser molekulare „Müllsack“ wird als Autophagosom bezeichnet. Ist der Müll vollständig verpackt, transportiert die Zelle im nächsten Schritt das Autophagosom zu den Lysosomen, die ebenfalls von einer Membran umgeben sind. So kann der Abfall anschließend durch die Verschmelzung beider Membranen in das Innere des Lysosoms gelangen. Diese Organellen funktionieren wie Recyclinghöfe. Eine Vielzahl von Enzymen zerlegt darin das zu recycelnde Material in seine Grundbausteine.

Damit sich die Membran bei der Autophagozytose den unterschiedlichen Formen und Größen des Abfalls anpassen kann, muss sie vor allem flexibel sein. Zusätzlich benötigt sie jedoch ein mechanisches Gerüst, das den Müllsack stabilisiert. Thomas Wollert und seine Forschungsgruppe „Molekulare Membran- und Organell-Biologie“ konnten jetzt die molekulare Architektur dieses Stützgerüstes identifizieren und sichtbar machen.

Kleine Maschen – große Wirkung
Bei dem Gerüst handelt es sich um ein flaches Netz, das die Membran des Autophagosoms vollständig bedeckt. Die Knotenpunkte des Netzes bestehen aus einem kleinen Protein, Atg8, das als Membrananker dient und an die autophagosomale Membran geheftet wird. Ein weiterer Proteinkomplex vernetzt die membranverankerten Atg8-Moleküle miteinander und bildet so das Gerüst. Die Länge einer Masche beträgt nur 16 millionstel Millimeter (16 nm) und das Netz ist nur 8 millionstel Millimeter (8 nm) dick. Hat die Membran den Abfall vollständig umschlossen, wird das Gerüst wieder entfernt, indem ein Enzym Atg8 von der Membran schneidet.

Die Wissenschaftler waren zudem in der Lage, den Auf- und Abbau des Gerüstes an künstlichen Membranen im Reagenzglas nachzubilden und live zu verfolgen. „Es ist wichtig, dass wir diesen Prozess begreifen, um ihn gezielt steuern zu können“, beschreibt Thomas Wollert, Forschungsgruppenleiter am MPIB, seine Ergebnisse. „Könnten wir die Autophagozytose zum Beispiel beschleunigen, ließen sich zukünftig vielleicht Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer heilen.“[VS]

Originalpublikation:
Kaufmann A., V. Beier, H. G. Franquelim and Wollert T., Molecular Mechanism of Autophagic Membrane-Scaffold Assembly and Disassembly, Cell, January 30, 2014

DOI: 10.1016/j.cell.2013.12.022

Kontakt:

Dr. Thomas Wollert
Molekulare Membran- und Organell-Biologie
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
Email: wollert@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de/wollert
Anja Konschak
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
Tel. +49 89 8578-2824
E-Mail: konschak@biochem.mpg.de

Weitere Informationen:
http://www.biochem.mpg.de/news/pressroom
- Pressemitteilungen des Max-Planck Institut für Biochemie
http://www.biochem.mpg.de/en/rg/wollert
- Webseite der Forschungsgruppe "Molekulare Membran- und Organell-Biologie" (Thomas Wollert)

Anja Konschak | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.biochem.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie