Wie Fette die Zellmembran unter Stress setzen

Vergleicht man das Verhalten der Fettsäuren mit Menschen auf einer Party, dann benehmen sich die gesättigten Fettsäuren wie steif herumstehende Gäste, während die ungesättigten Fettsäuren gestikulieren und sich zur Musik bewegen.

„Wie wichtig das Verhältnis von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren in der Zellmembran ist, zeigt sich daran, dass es fein reguliert ist“, erklärt er. „Gerät es aus dem Gleichgewicht, reagiert die Zelle mit Stress bis hin zum Zelltod.“ Warum das so ist, ist eine der Fragen, die der Nachwuchsforscher mit seiner im Aufbau befindlichen Forschergruppe klären möchte. Im August kam er mit einem Emmy Noether Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft an die Goethe-Universität.

Robert Ernst, der zuvor am Max Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden arbeitete, ist fasziniert von der Komplexität der Zelle. In einer biologischen Membran gibt es hunderte verschiedener Fette (Lipide), die nicht nur untereinander, sondern auch mit den Membranproteinen wechselwirken. Woher weiß die Zelle, wie sie die Lipid-Zusammensetzung in ihrer Membran einstellen muss? Und wie reagiert sie, wenn das Gleichgewicht gestört ist?

Ernst untersucht dies an Hefestämmen, bei denen Gene für die Herstellung bestimmter Lipide gezielt ausgeschaltet wurden. Seine Studien belegen ein intensives Zwiegespräch zwischen der Lipidzusammensetzung und der Qualitätskontrolle von Proteinen. In Kollaboration mit einer Forschungsgruppe an der University of California in San Francisco beginnt nun die Suche nach einer zellulären Maschinerie, die fehlerhafte, gestresste Membranen erkennt.

„Im Elektronenmikroskop kann man sehen, dass sich bei Membranstress am Zellkern Ausstülpungen bilden, die Rosenblüten ähnlich sehen“, erläutert Ernst. Dauert das Lipid-Ungleichgewicht länger an, führt dies sogar zum programmierten Zelltod. Die Phänomene, die hier in Hefezellen beobachtet werden, können analog zu der Situation in Insulin-produzierenden Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse gesehen werden. Ein Übermaß an gesättigten Fettsäuren erhöht das Risiko für Diabetes, indem es einen dauerhaften Stress auf die Zellen ausübt. Bei den gentechnisch veränderten Hefen hört die Stress-Reaktion auf, wenn man die fehlenden ungesättigten Fettsäuren zufüttert. Was mit den unter Stress gebildeten Strukturen passiert, ist noch nicht klar. Robert Ernst vermutet, dass die Zelle sie durch Selbstverdauung (Autophagie) zerlegt und die Bausteine dann neu verwendet.

Die Goethe-Universität kennt der 35jährige noch aus der Zeit seiner Diplomarbeit am Institut für Biochemie von Prof. Robert Tampé. Damals, vor zehn Jahren, konnte er in der Mittagspause noch durch Rapsfelder spazieren gehen. Dass der studierte Humanbiologe sich nun erneut für Frankfurt entschied, erklärt er mit der spürbaren Aufbruchstimmung, die durch die Vielfältigen Veränderungen am Campus Riedberg mit neu berufenen jungen Kollegen ausgeht. Hier sieht er viele Möglichkeiten, gemeinsam etwas zu gestalten und Synergien zu nutzen.

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Informationen:
Junior-Prof. Robert Ernst, Institut für Biochemie, Campus Riedberg, Tel: (069) 798-29261, ernst@em.uni-frankfurt.de.

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. 1914 von Frankfurter Bürgern gegründet, ist sie heute eine der zehn drittmittelstärksten und größten Universitäten Deutschlands. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Parallel dazu erhält die Universität auch baulich ein neues Gesicht. Rund um das historische Poelzig-Ensemble im Frankfurter Westend entsteht ein neuer Campus, der ästhetische und funktionale Maßstäbe setzt. Die „Science City“ auf dem Riedberg vereint die naturwissenschaftlichen Fachbereiche in unmittelbarer Nachbarschaft zu zwei Max-Planck-Instituten. Mit über 55 Stiftungs- und Stiftungsgastprofessuren nimmt die Goethe-Universität laut Stifterverband eine Führungsrolle ein.

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