Medizin am Abend Berlin: Wie Hefezellen ihren Fetthaushalt regulieren
Wie Hefezellen die Verfügbarkeit von Fetten in der Nahrung messen
und die Produktion ihrer Membranfette daran anpassen, hat eine
Frankfurter Forschergruppe der Goethe Universität und des Max-Planck
Instituts für Biophysik herausgefunden.
Damit eröffnen sich neue
Möglichkeiten, die Produktion und Verteilung verschiedenster Fettsäuren
und Cholesterin in den Zellen unseres Körpers besser zu verstehen und in
Zukunft kontrollierbar zu machen, berichten die Forscher in der
aktuellen Ausgabe des Journals „Molecular Cell“.
- Nicht nur der Mensch, sondern jede seiner Körperzellen
muss auf ihren Fetthaushalt achten.
Insbesondere in
der Zellmembran
erfüllen Fette hoch spezialisierte Funktionen. Wie Hefezellen die
Verfügbarkeit von Fetten in der Nahrung messen und die Produktion ihrer
Membranfette daran anpassen, hat eine Frankfurter Forschergruppe am
Buchmann Institut für Molekulare Lebenswissenschaften (BMLS) der Goethe
Universität zusammen mit Kollegen am Max-Planck Institut für Biophysik
jetzt herausgefunden.
Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, die
Produktion und Verteilung verschiedenster Fettsäuren und Cholesterin in
den Zellen unseres Körpers besser zu verstehen und in Zukunft
kontrollierbar zu machen, berichten die Forscher in der aktuellen
Ausgabe des Journals „Molecular Cell“.
Ein Blick in das Kühlregal des Supermarktes zeigt:
Wenig Fett, weniger
Fett und gar kein Fett liegen im Trend.
- Doch Fette sind essentiell für
das Überleben unserer Zellen, denn sie bilden das Grundgerüst der
biologischen Membranen, welche die Zelle nach außen hin abgrenzen und
nach innen in Funktionseinheiten unterteilen.
- So können gegenläufige
Prozesse wie der Aufbau von Energiespeichern und die Fettverbrennung
getrennt voneinander in derselben Zelle ablaufen.
„Die Membranfette haben eine Vielzahl lebenswichtiger, zellulärer
Funktionen.
Sie beeinflussen
die Signalübertragung zwischen den Zellen,
aber auch innerhalb einer Zelle“, erklärt Prof. Robert Ernst, dessen
Forschergruppe am BMLS den versteckten Funktionen der Fette schon seit
Jahren auf der Spur ist.
- „Hormon-produzierende Zellen sind besonders
anfällig und haben oft Schwierigkeiten, ihren Fettsäuregehalt zu
regulieren. Eine Störung dieser Regulation kann aber zum Zelltod führen
und - je nach Zelltyp - Krankheiten wie Diabetes auslösen.“
Die ersten Beobachtungen, dass Lebewesen wie Bakterien ihre
Fettsäureproduktion an veränderte Umgebungstemperaturen anpassen können,
liegen bereits einige Jahrzehnte zurück.
Doch bis vor kurzem rätselten
Forscher, wie höhere Organismen, zu denen
auch Hefepilze gehören, den
Anteil gesättigter und ungesättigter Fettsäuren messen und regulieren.
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Max-Planck
Gesellschaft haben die Arbeitsgruppe um Robert Ernst und Gerhard Hummer
vom Max-Planck Institut für Biophysik diese fundamental wichtige Frage
erforscht.
Um den Wirkmechanismus eines Membransensors beschreiben zu können, der
den Sättigungsgrad im Hefepilz misst, verwendeten die Wissenschaftler
einerseits gentechnische und biochemische Methoden. Andererseits
simulierten sie die Bewegung von Membranfetten und die dabei wirkenden
Kräfte über den Zeitraum von einigen Millisekunden durch umfangreiche
molekulardynamische Simulationen.
Wie sie herausfanden, basiert der Mechanismus auf zwei Zylinder-förmigen
Strukturen, die sich in biologischen Membranen aneinander lagern. Sie
besitzen
je eine raue und eine glatte Oberfläche und drehen sich
umeinander, wie wenn man zwei Finger in einen Kuchenteig steckt, um
durch Drehen zu erfühlen, ob genug Butter darin ist.
- Da sich gesättigte
Membranfette nicht ideal an die raue Oberfläche anlagern können,
ungesättigte Fette diese allerdings bevorzugen, ändert sich die Struktur
des Fettsensors, wenn ein hoher Anteil gesättigter Membranfette
vorliegt.
- Diese Strukturänderung erlaubt es dann, die Synthese
ungesättigter Fettsäuren zu aktivieren.
„Diese Erkenntnis ist ein Türöffner für viele weitere Studien“,
prognostiziert Robert Ernst „Mit dem Wissen über diesen subtilen
Mechanismus im Hefepilz können wir jetzt zielgerichtet nach weiteren
Sensoren suchen,
welche die Produktion und Verteilung verschiedenster
Fettsäuren und Cholesterin in unserem Körper überwachen und
kontrollieren.“
Im Hinblick auf das weitreichende Potential der
gewonnenen Erkenntnisse, soll demnächst unter der Mitarbeit der
Frankfurter Forscher eine internationale Konferenz organisiert werden,
die sich speziell mit der Regulation von Fettsäuren in Membranlipiden
beschäftigt.
Die Organisatoren erwarten, dass vielfältigen Funktionen
der Membranfette künftig unter einem neuen Blickwinkel gesehen werden
und dass Hormon-produzierende Zellen gezielter unterstützt werden
können.
Publikation:
Roberto Covino, Stephanie Ballweg, Claudius Stordeur, Jonas B.
Michaelis, Kristina Puth, Florian Wernig, Amir Bahrami, Andreas M.
Ernst, Gerhard Hummer, und Robert Ernst: A Eukaryotic Sensor for
Membrane Lipid Saturation, Molecular Cell (2016),
http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2016.05.015
Während eine Membran aus gesättigten Membranfetten den Sensor
aktiviert (grün) und die Synthese ungesättigter Fettsäuren anregt, führt
die lockere Packung der ungesättigten Membranfette zur Inaktivierung
des Sensors. Dabei drehen sich die Zylinder-förmigen Messfühler in der
Membran überaus leichtgängig gegeneinander, so dass ihre raue Oberfläche
entweder nach innen (grün) oder nach außen (rot) zeigt. Der Kampf von
David, ein Membranfett von 800 Dalton (1 Dalton entspricht der Masse von
einem Wasserstoffatom) gegen Goliath, ein Sensor von 120.000 Dalton,
wird durch kollektive Kräfte in der Membran (blaue Pfeile) entschieden.
Urheber: Robert Ernst
Beschreibung:
Tanzende Lipid-Sensoren in einer Membran des Hefepilzes
Seit Jahrzehnten fragen sich Forscher, wie Zellen das Verhältnis von
gesättigten und ungesättigten Fettsäuren in ihren Zellmembranen messen.
Die Antwort ist denkbar einfach:
Durch tänzerischen Bewegungen werden
physikalische Eigenschaften der Membran erfühlt, die durch das
Verhältnis der Fettsäuren bestimmt werden.
Urheber der Simulation: Dr. Roberto Covino (MPI of Biophysics)
Musik: Barcarolle aus „Hoffmanns Erzählungen“ von Jacques Offenbach.
Quelle: www.sonofind.com
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