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Göttinger Forscher liefern neue Einblicke in Plasma-Membran

Definierte Muster Göttinger Forscher liefern neue Einblicke in Plasma-Membran

Ein Forscherteam um Prof. Silvio O. Rizzoli vom Exzellenzcluster und DFG-Forschungszentrum für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns (CNMPB) der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) hat neue Einblicke in die Organisation der Plasmamembran gewonnen. In den langlebigen Proteinansammlungen sind funktionell verwandte Faktoren in ähnlichen Regionen angereichert. Schlüsselfaktor für die Bildung und Stabilisierung solcher Proteinansammlungen ist Cholesterin. Für die Abgrenzung der Ansammlungen ist Aktin, ein Baustein des Zellskeletts, zuständig.

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Proteinverteilung der Plasmamembran.

Quelle: cnmpb/saka

Göttingen. Die Plasmamembran grenzt lebende Zellen gegen ihre Umwelt ab. Sie enthält eine Vielzahl von Proteinen, die Ansammlungen bilden und wichtige Funktionen unter anderem beim Stoffaustausch sowie bei der Zell-Zell-Kommunikation haben.
„Anders als bisher vermutet, sind die Proteine der Plasmamembran in Clustern organisiert, die nicht zufällig, sondern in definierten Mustern angeordnet vorliegen“, sagt Dr. Sinem Saka, Erst-Autorin der Publikation und Postdoc am Institut für Neuro- und Sinnesphysiologie der UMG. Mit Unterstützung von Wissenschaftlern des Göttinger Max-Planck-Instituts für Biophysikalische Chemie und des Limes Instituts in Bonn untersuchte das Göttinger Forscherteam die zu Grunde liegenden Mechanismen. Um simultan alle Proteine in der Plasmamembran betrachten zu können, schleusten die Forscher ein unnatürliches Aminosäureanalogon in die Proteine von Säugerzellen. Kombiniert mit einer Fluoreszenzmarkierung und mittels hoch-auflösender STED-Mikroskopie (STED: stimulated emission depletion) konnten sie so die Proteine in der Plasmamembran sichtbar machen.

 
Eine Vielzahl von Proteinen bildet heterogene proteinreiche Domänen auf der Plasmamembran, die von proteinarmen Bereichen umgeben sind. Die Anwendung weiterer experimenteller Strategien zur genaueren Charakterisierung der proteinreichen Areale zeigte überraschend, dass das Muster gegenüber verschiedenen Veränderungen resistent ist.

 
Als Schlüsselfaktor für die Bildung der Multiproteinansammlungen wurde Cholesterin identifiziert. Die Entfernung von Cholesterin von der Plasmamembran verursachte einen vollständigen Zusammenbruch der Proteinansammlungen. Die erneute Zugabe von Cholesterin kehrte diesen Effekt wieder um. Für die Abgrenzung der Areale spielt Aktin, ein wichtiger Bestandteil des Zellskeletts, eine bedeutende Rolle: Wurde Aktin zerstört, vergrößerten sich die Proteinansammlungen, wobei das zugrundeliegende Muster jedoch bestehen blieb.

 
Besondere Bedeutung haben die Erkenntnisse für die Untersuchung der Proteinverteilung in der Membran von Zellen, bei denen beispielsweise eine Störung der Zell-Zell-Kommunikation vorliegt. chb/umg

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