Transportlogistik in den Zellen auf der Spur

Die Zelle als kleinste Einheit von Lebewesen ist komplex strukturiert. Im Zellkern ist in Form der DNA die genetische Information gespeichert. Kopien von Abschnitten der Erbinformation werden als mRNA ins Zytoplasma geschleust, wo sie den Ribosomen als Anleitung zur Synthese von Proteinen dienen. Die Proteine müssen nun zuverlässig an den Ort ihres Einsatzes transportiert werden, etwa in bestimmte Bereiche der Zelle, zu verschiedenen Organellen oder aus der Zelle hinaus in andere Gewebe.

Ein Teil der Proteine tritt den Versand in verpackter Form an. Sie werden in Vesikeln (von einer Membran begrenzte Bläschen) eingeschlossen und darin transportiert. Solche Vesikel bilden sich an Membranen, die unterschiedliche Kompartimente umhüllen, durch Ausstülpung (Knospung) und schließlich Ablösung von der Ausgangsmembran. Der Prozeß der Knospung wird durch Wechselwirkung von Proteinen, die in der Membran integriert sind, initiiert und gesteuert (Spang 2003).

In den Zellen der Hefe (Saccharomyces cerevisiae) wandern Vesikel zwischen dem endoplasmatischen Retikulum (eR), einem membranumschlossenen Netzwerk, und dem Golgi-Apparat (benannt nach dem italienischen Zellbiologen Camillo Golgi, 1844-1926), einem meist als Stapel von scheibchenförmigen Membranen dargestellten Organell, hin und her. Die Vesikel sind bei dieser Wanderung mit Proteinkomplexen umhüllt. Diese Hüllen unterscheiden sich, je nachdem, ob sich das Vesikel vom eR zum Golgi-Apparat oder in umgekehrter Richtung bewegt. Im ersten Fall ist das Vesikel von COPII (COP = coat protein) eingehüllt, bei Wanderung vom Golgi-Apparat zum eR von COPI. Da die COPI und COPII aber vor der Fusion mit der jeweiligen Zielmembran abgelöst werden, können sie für die Zielerkennung keine maßgebliche Rolle spielen. Auch weitere Rezeptorproteine (SNARE) kommen dafür nicht in Frage, da sie für beide Richtungen in den Vesikelmembranen in derselben Komposition auftreten.

Kamena & Spang (2004) sind nun in einer aktuellen Untersuchung der Frage nachgegangen, wie in den Hefezellen verhindert wird, daß von COPII umhüllte Vesikel, die sich vom eR abgespalten haben, wieder mit der Ausgangsmembran des eR fusionieren. Eine solche Rück-Fusion wurde bisher nicht beobachtet und ist auch im Experiment noch nicht gelungen. Eine Vermutung war, daß weitere Proteine (neben den SNAREs) an Erkennungsprozessen beteiligt sind und die Rück-Fusion aktiv verhindern.

Mit Hilfe bereits früher etablierter Labormethoden (s. Literaturangaben in Kamena & Spang 2004) wurden verschiedene Mutanten untersucht. In einer als Tip20-8 bezeichneten Mutante fusionierten COPII Vesikel tatsächlich wieder mit der Membran des eR. Der Faktor Tip20 ist in der Membran des eR lokalisiert und wird bei der Fusion von COPI-Vesikeln mit der eR-Membran benötigt. Dieser Befund ließe sich damit erklären, daß durch Mutation veränderte Tip20-Faktoren nicht mehr spezifisch COPI für die Fusion akzeptieren, sondern als Kontrolle ausfallen und somit eine Rück-Fusion möglich wird.

Damit ist gezeigt, daß für den gerichteten, spezifischen Transport innerhalb der Zelle – und dieser ist für den Organismus essentiell – weitere, bisher unbekannte Faktoren von Bedeutung sind und damit die Kommunikationssysteme der Zelle noch komplexer sind als bisher vermutet.

Interessant ist, daß in einer populären Darstellung der Ergebnisse (MPG 2004) diese durch einen Vergleich mit einem komplexen Paketversand-System und Chipkartenlesegeräten veranschaulicht werden. Zur Erklärung der Befunde müssen also komplexe Systeme und deren Logistik herangezogen werden. Nach menschlicher Erfahrung funktioniert diese Logistik nur durch den Einsatz von vielfältiger Intelligenz und Kompetenz.

HB

[Kamena F & SpangA (2004) Tip20p prohibits back-fusion of COPII vesicles with the endoplamatic reticulum. Science 304, 286-289; MPG: Intelligenter Paketdienst in der Zelle. http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/...; Schmitt HD & Schröder-Köhne S Hefe, das eukaryontische E. coli. http://www.mpibpc.gwdg.de/...; Spang A (2003) Regulation der Knospung von retrograden Transportvesikeln in der Hefe Syccharomayces cerevisiae. http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/...]