Suchen

Lipidanalyse in lebenden Zellen Die Sprache der Fette – Botenstoffe an der Zellmembran

| Redakteur: Christian Lüttmann

Fett hat in der Gesellschaft einen eher schlechten Ruf. Dabei sind Fette bzw. Lipide für viele wichtige Aufgaben im Körper verantwortlich: Sie bilden Membranbarrieren, speichern Energie und fungieren sogar als Botenstoffe. Um die genauen Funktionen der unterschiedlichen Lipidmoleküle besser zu verstehen, haben Forscher nun eine neue Methode entwickelt. Diese soll helfen, den Code der Fette zu knacken.

Firma zum Thema

Molekulare Sonden (in blau) für die Analyse von Lipidbotenstoffen
Molekulare Sonden (in blau) für die Analyse von Lipidbotenstoffen
(Bild: Schuhmacher et al. / MPI-CBG)

Dresden, Berlin – In jeder Zelle werden tausende verschiedener Lipide gebildet. Allerdings gibt es bisher wenig Wissen darüber, wie diese chemische Lipid-Vielfalt zur Kommunikation innerhalb der Zelle beiträgt, wie sie die Funktion von Proteinen kontrolliert und wie sie hilft, wichtige Stoffe durch die Zellmembran einzuschleusen. Mit anderen Worten: Der Lipid-Code der Zelle ist noch nicht bekannt. Das liegt vor allem am Mangel an Methoden zur quantitativen Untersuchung der Lipidfunktion in lebenden Zellen.

Was Forscher bereits herausgefunden haben, ist, dass bestimmte Lipide die Rolle von Botenstoffen übernehmen. Das besondere dabei ist der Informationsfluss: So dient an der Innenseite der Zellmembran nur eine begrenzte Zahl von Lipidklassen als Botenstoff, diese wenigen Lipidklassen bekommen aber von tausenden verschiedenen Rezeptoren-Proteinen Nachrichten. Wie derart viele verschiedenen Signale von nur wenigen Lipidtypen gut erkannt und weitergeleitet werden können, war bisher eine ungelöste Frage.

Zellen erkennen winzige Unterschiede der Lipide

Eine Schwierigkeit beim Untersuchen der Signalwirkung von Lipiden ist deren strukturelle Ähnlichkeit untereinander. „Lipide sind eigentlich keine einzelnen molekularen Strukturen, sondern unterscheiden sich nur in winzigen chemischen Details, zum Beispiel haben einige längere Fettsäureketten und manche etwas kürzere“, erklärt Milena Schuhmacher, die Erstautorin der Studie „Wir konnten mithilfe ausgeklügelter Mikroskopie in lebenden Zellen und mathematischen Modellierungsansätzen zeigen, dass Zellen diese winzigen Veränderungen durch spezielle Effektor-Proteine tatsächlich erkennen und so möglicherweise zur Übertragung von Informationen nutzen können.“

Somit haben die Forscher neue Einblicke in die Kommunikationsstrategie der Zelle erhalten. „Diese Ergebnisse deuten auf die Existenz eines Lipid-Codes hin, der von Zellen genutzt wird, um Informationen, die auf der Außenseite der Zelle detektiert werden, auf der Innenseite der Zelle wieder neu zu codieren“, ergänzt André Nadler, der die Studie betreute.

Rolle der Fette besser verstehen

Die Erkenntnisse zum Lipid-Code könnten es Membran-Biophysikern und Lipid-Biochemikern ermöglichen, ihre Ergebnisse mit quantitativen Daten lebender Zellen zu überprüfen. Nadler weist darauf hin, dass auch Kliniker von der neu entwickelten Methode profitieren könnten: „Bei Erkrankungen wie Diabetes und Bluthochdruck hat man mehr Lipide, die als Biomarker fungieren, im Blut. Diese kann man mit einem Lipidprofil veranschaulichen. Mithilfe unserer Methode könnten die Ärzte nun sehen, was die Lipide genau im Körper machen. Das war bisher nicht möglich.“

Originalpublikation: Milena Schuhmacher, Andreas T. Grasskamp, Pavel Barahtjan, Nicolai Wagner, Benoit Lombardot, Jan S. Schuhmacher, Pia Sala, Annett Lohmann, Ian Henry, Andrej Shevchenko, Ünal Coskun, Alexander M. Walter, André Nadler: Live-cell lipid biochemistry reveals a role of diacylglycerol side-chain composition for cellular lipid dynamics and protein affinities, PNAS April 7, 2020 117 (14) 7729-7738; first published March 25, 2020; DOI:10.1073/pnas.1912684117

(ID:46520901)