Der Code der Fette

Neue chemische Werkzeuge k?nnen die Konzentration von Lipiden in lebenden Zellen steuern

17. April 2020

Lipide, oder Fette, bilden Membranbarrieren, speichern Energie oder sind als Botenstoffe unterwegs und regulieren so zum Beispiel Zellwachstum und Hormonausschüttung. Viele von ihnen sind auch Biomarker für schwere Krankheiten. Bisher ist es jedoch sehr schwierig, die Funktionen dieser Moleküle in lebenden Zellen zu analysieren. Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden und des Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie in Berlin haben nun chemische Werkzeuge entwickelt, die durch Licht aktiviert werden und mit deren Hilfe die Lipid-Konzentration in lebenden Zellen beeinflusst werden kann. Mit diesem Ansatz k?nnten ?rzte gemeinsam mit Biochemikern herausfinden, was Moleküle in einer Zelle tats?chlich tun.

Molekulare Sonden (blau) für die Analyse von Lipidbotenstoffen.

In jeder Zelle werden tausende verschiedener Lipide (Fette) gebildet. Allerdings gibt es bisher wenig Wissen darüber, wie diese chemische Lipid-Vielfalt zur übertragung von Botschaften in der Zelle beitr?gt, 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. Ein Verst?ndnis über das Wirken von Lipiden ist sehr wichtig, da sie die Funktion von Proteinen in der ganzen Zelle kontrollieren und daran beteiligt sind wichtige Stoffe durch die Zellmembran in die Zelle zu bringen. Das faszinierende an Lipiden, die als Boten-Moleküle fungieren ist, dass an der Innenseite der Zellmembran nur eine begrenzte Zahl von Lipidenklassen als Botenstoffe zu dienen, diese aber Botschaften von tausenden verschiedenen Rezeptoren-Proteinen bekommen. Wie diese vielen Botschaften aber trotzdem gut erkannt und weitergeleitet werden k?nnen, war bisher eine ungel?ste Frage.

Die Forschungsgruppen um André Nadler am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und Alexander Walter am Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie haben in Zusammenarbeit mit der Technischen Universit?t Dresden chemische Werkzeuge entwickelt, mit dem man die Konzentration von Lipiden in lebenden Zellen steuern kann. Aktiviert wird dieses Werkzeug durch Licht. Milena Schuhmacher, die Erstautorin der Studie, erkl?rt: ?Lipide sind eigentlich keine einzelnen molekularen Strukturen, sondern unterscheiden sich in winzigen chemischen Details, zum Beispiel haben einige l?ngere Fetts?ureketten und manche etwas kürzere. Wir konnten mithilfe ausgeklügelter Mikroskopie in lebenden Zellen und mathematischen Modellierungsans?tzen zeigen, dass die Zelle diese winzigen Ver?nderungen durch spezielle Effektor-Proteinen tats?chlich erkennen und so m?glicherweise zur übertragung von Informationen nutzen k?nnen. Hierbei war es wichtig, dass wir ganz genau kontrollieren konnten, wieviel von jedem einzelnen Lipid vorhanden war.“ André Nadler, der die Studie betreute, erg?nzt: ?Diese Ergebnisse deuten auf die Existenz eines Lipidcodes hin, der von Zellen genutzt wird, um Information, die auf der Au?enseite der Zelle detektiert werden, auf der Innenseite der Zelle wieder neu zu codieren.“

Die Ergebnisse der Studie k?nnten es Membran-Biophysikern und Lipid-Biochemikern erm?glichen, ihre Ergebnisse mit quantitativen Daten lebender Zellen zu überprüfen. André Nadler weist darauf hin: ?Auch Kliniker k?nnten von unserer neu entwickelten Methode profitieren. 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, k?nnten die ?rzte nun genau sehen, was die Lipide genau im K?rper machen. Das war bisher nicht m?glich.“

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